Universel strømforsyning til mikrocontrollere (Arduino osv.)

Komponenter anvendt i projektet

 

Alle anvendte komponenter (undtagen kapslingen, printpladerne, ledningerne og stiftlisterne, der fungerer som afstandsholdere) vises i diagrammerne og er mærket, så de let kan sammenholdes med beskrivelsen nedenfor. Betegnelsen for hver komponent står i parentes (med rødt).

Kapsling.

Da jeg ikke har en 3D-printer, kunne jeg ikke fremstille en kapsling specielt til dette projekt. Derfor købte jeg en halvgennemsigtig plastboks i passende størrelse med et låg, der klikker tæt fast, i en butik med husholdningsartikler. Den halvgennemsigtige kapsling gør det muligt at se lysdiodernes lys.

Pris 2 USD.

Solpanel (D1).

Jeg havde flere solpaneler i forskellige størrelser og med forskellig effekt. Jeg valgte et lille panel på 110x60mm, 5V, 1W. Det er det angivne maksimum, som i praksis er næsten uopnåeligt: På en klar, solrig forårsdag fik jeg cirka 150mA. Panelets mål passede godt til montering på kapslingens låg.

Pris: 2 USD.

Schottky-diode (D2)

Til at forhindre strøm i at løbe tilbage til solpanelet egner en Schottky-diode sig bedst, da kredsløbet har lav spænding, og disse dioder har et væsentligt lavere fremadrettet spændingsfald (0.3-0.5V) end almindelige dioder som 1N4007, hvor spændingsfaldet er cirka 0.8-1V. Jeg havde kun en meget kraftig 1N5825-diode (40V, 5A), men en enklere 1N5817-diode (20V, 1A) kunne have været egnet til dette projekt. Den har desuden et endnu lavere fremadrettet spændingsfald, hvilket er særlig vigtigt ved brug af et solpanel med lav spænding.

Pris 1N5817: 4.5 USD for 50 stk.

Batterilademodul (BMS) (M1).

Jeg brugte et modul TP4056, som har et micro-USB-stik og kan oplade med en strøm på 1A og en spænding på 4.1-4.2V. Modellen beskytter lithium-ion-batteriet mod overopladning og dybafladning. Modulet har også tilslutninger til en alternativ strømforsyning (i mit tilfælde fra solpanelet).

Da jeg ikke planlagde at lave en enhed til brug med mere end ét batteri, havde jeg ikke brug for høj ladeeffekt eller spænding, selv om der findes både lademoduler og spændingssænkende moduler til højere spændinger.

Pris for TP4056-modulet: 2 USD for 5 stk.

5V-spændingsforhøjermodul (Step-up / boost module) (M2).

Et sådant modul er nødvendigt, fordi batterilademodulet leverer det tilsluttede batteris spænding, altså 3.7-4.2V, mens jeg har brug for stabile 5V til at forsyne Arduino og anden elektronik.

Jeg valgte et kompakt og effektivt spændingsforhøjermodul fra Wavgat, som understøtter en strøm på 1-1.5A.

Pris: 1.1 USD

Strømstik (J1-J3, JP1, JP2).

I projektet bruges 3 topolede stik til printmontering

- (J1) til tilslutning af batterier med ledninger eller et batteri af typen 18650 i en batteriholder.

- (J2) til tilslutning af solpanelet (jeg valgte et stik frem for en loddet forbindelse, så enheden er lettere at skille ad).

- (J3) til at føre 5V fra spændingsforhøjermodulet til breadboardet.

Til tilslutning af mobiltelefonbatterier skulle jeg bruge præcis samme stik som i mobiltelefoner (JP1, JP2). For at gøre diagrammet lettere at læse er ét stik med 4 kontakter delt op i to separate stik. Jeg havde tre forskellige batterier: ét med 3 kontakter og to med 4 kontakter, og placeringen af + og - var også forskellig. Jeg loddede derfor et stik med 4 kontakter ud af en gammel mobiltelefon, og dette stik kunne bruges til alle mine batterier. Sådanne stik kan også købes på AliExpress. Problemet med den forskellige placering af strøm- og stelkontakterne blev løst med omskiftere (se nedenfor).

Pris for stik til printmontering: 1 USD for 20 stk.

Pris for 18650-batteriholder: 1 USD for 1 stk.

Omskiftere (S1-S4).

I projektet bruges 4 skydeomskiftere med tre kontakter til printmontering.

To af dem bruges til at vælge kontakterne på mobiltelefonbatteriet, den ene (S1) til det første kontaktpar (minus), den anden (S2) til det andet par (plus).

Den tredje omskifter (S3) bruges til at tilslutte den alternative strømforsyning til lademodulet (solpanelet).

Den fjerde omskifter (S4) bruges til at tænde for 5V-spændingsforhøjermodulet. Omskifteren gør det muligt at spare energi ved at slukke for spændingsforhøjermodulet, når det ikke er nødvendigt, for eksempel under opladning af batteriet eller opbevaring af enheden.

Pris for omskiftere: 1 USD for 20 stk.

Voltmeter (M3) og trykknap (S5)

Voltmetermoduler af denne type fås med to eller tre ledninger. Et voltmeter med to ledninger får strøm fra og måler spændingen i det samme kredsløb; det er denne variant, der vises i diagrammet. Et modul med tre ledninger får separat strømforsyning og tilsluttes separat til det kredsløb, der måles på. Det gør det muligt at måle spændinger uden for modulets eget forsyningsspændingsområde.

Voltmetrets display har tre cifre og fås i fire farver.

Trykknappen (S5) blev tilføjet for at spare den energi, voltmetret bruger (M3), så det kun tændes, når der er brug for det.

Pris for voltmeter: 2 USD pr. stk.

Pris for trykknap: 2 USD for 30 stk.

Printplade.

I projektet bruges tre prototypeprintplader. To på 50x70mm fungerer som lodrette vægge, og én på 70x90mm fungerer som gulv.

Alle enhedens komponenter blev loddet fast på printpladerne i siderne.

Printpladerne kan nemt fastgøres til hinanden med 0.5mm entrådet ledning.

Pris for prototypeprintplader 5x7: 2.5 USD for 10 stk.

Pris for prototypeprintplader 7x9: 1.6 USD for 5 stk.

Breadboard

Et breadboard i halv størrelse bruges til at placere yderligere elektroniske komponenter, for eksempel en Arduino-microcontroller og forskellige sensorer. Strøm og stel føres til breadboardets strømforsyningsskinner via ledninger, der er tilsluttet stikket (J3).

Pris for breadboard i halv størrelse: 1.5 USD for 1 stk.

Stiftlister som afstandsholdere

Jeg monterede 4 stiftlister med to stifter på en af printpladerne i siden som afstandsholdere for at mindske enhedens slør inde i kapslingen. Det er helt valgfrit.

Pris for stiftlister som afstandsholdere: 2 USD for 30 stk. med 40 stifter hver

 

Samlet pris for komponenterne

Prisen for alle projektets komponenter uden værktøj og forbrugsmaterialer (flussmiddel, loddetin, ledninger) blev 13 USD, og uden breadboardet blev den 11.5 USD.

Alle de nævnte komponenter kan findes i dette Google-dokument​​​