Universelle Stromversorgung für Mikrocontroller (Arduino usw.)

Im Projekt verwendete Bauteile

 

Alle verwendeten Bauteile (mit Ausnahme des Gehäuses, der Platinen, der Leitungen und der als Abstandshalter verwendeten Stiftleisten) sind in den Schaltplänen dargestellt und beschriftet, damit sie sich der folgenden Beschreibung leicht zuordnen lassen. Die Bezeichnung jedes Bauteils steht in Klammern (in Rot).

Gehäuse.

Da ich keinen 3D-Drucker habe, konnte ich kein speziell für dieses Projekt angefertigtes Gehäuse herstellen. Deshalb kaufte ich in einem Haushaltswarengeschäft eine halbtransparente Kunststoffbox in passender Größe mit einem fest einrastenden Deckel. Durch das halbtransparente Gehäuse ist das Leuchten der LEDs sichtbar.

Preis 2 USD.

Solarpanel (D1).

Ich hatte mehrere Solarpanels in verschiedenen Größen und mit unterschiedlicher Leistung. Ich wählte ein kleines Panel mit 110x60mm, 5V, 1W. Das ist der angegebene Maximalwert, der in der Praxis kaum erreichbar ist: An einem hellen, sonnigen Frühlingstag erhielt ich etwa 150mA. Von den Abmessungen her passte das Panel gut auf den Gehäusedeckel.

Preis: 2 USD.

Schottky-Diode (D2)

Um einen Rückstrom in das Solarpanel zu verhindern, eignet sich eine Schottky-Diode am besten, da im Stromkreis eine niedrige Spannung anliegt und solche Dioden einen wesentlich geringeren Spannungsabfall in Durchlassrichtung haben (0.3-0.5V) als herkömmliche Dioden wie die 1N4007, bei denen der Spannungsabfall etwa 0.8-1V beträgt. Ich hatte nur eine sehr leistungsstarke Diode vom Typ 1N5825 (40V, 5A) zur Hand. Für dieses Projekt hätte aber auch eine einfachere 1N5817 (20V, 1A) ausgereicht, die zudem einen noch geringeren Spannungsabfall hat. Das ist beim Betrieb mit einem Solarpanel mit niedriger Spannung besonders wichtig.

Preis 1N5817: 4.5 USD für 50 Stück

Akkulademodul (BMS) (M1).

Ich verwendete ein Modul TP4056, das über eine micro-USB-Buchse verfügt und mit einem Strom von 1A und einer Spannung von 4.1-4.2V laden kann. Dieses Modell bietet Schutz vor Überladung und Tiefentladung des Li-ion-Akkus. Das Modul hat außerdem Anschlüsse für eine alternative Eingangsstromversorgung (in meinem Fall über das Solarpanel).

Da ich kein Gerät für den Betrieb mit mehr als einem Akku bauen wollte, waren weder eine höhere Ladeleistung noch eine höhere Spannung erforderlich. Es gibt jedoch auch Lademodule und Abwärtswandler für höhere Spannungen.

Preis des Moduls TP4056: 2 USD für 5 Stück

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

Ein solches Modul ist erforderlich, da das Akkulademodul die Spannung des angeschlossenen Akkus weitergibt, also 3.7-4.2V. Für die Versorgung von Arduino und anderer Elektronik benötige ich jedoch stabile 5V.

Ich wählte einen kompakten und effizienten Step-up-Wandler von Wavgat, der Ströme unterstützt, die 1-1.5A betragen.

Preis: 1.1 USD

Stromanschlüsse (J1-J3, JP1, JP2).

Im Projekt werden 3 zweipolige Platinensteckverbinder verwendet

- (J1) zum Anschließen von Akkus mit Anschlussleitungen oder eines Akkus vom Typ 18650 in einem Batteriehalter.

- (J2) zum Anschließen des Solarpanels (ich zog einen Steckverbinder einer Lötverbindung vor, um das Gerät leichter zerlegen zu können).

- (J3) zum Weiterleiten der 5V vom Step-up-Wandler an das Breadboard.

Zum Anschließen von Mobiltelefonakkus benötigte ich genau den gleichen Steckverbinder wie in Mobiltelefonen (JP1, JP2). Zur besseren Lesbarkeit ist der einzelne Steckverbinder mit 4 Kontakten im Schaltplan in zwei separate Steckverbinder aufgeteilt. Ich hatte drei verschiedene Akkus: einen mit 3 Kontakten und zwei mit 4 Kontakten. Auch die Anordnung der + und - Kontakte war unterschiedlich. Schließlich lötete ich einen Steckverbinder mit 4 Kontakten aus einem alten Mobiltelefon aus, der sich für alle meine Akkus verwenden ließ. Solche Steckverbinder kann man auch auf AliExpress kaufen. Das Problem der unterschiedlichen Anordnung von Stromversorgungs- und Massekontakten löste ich mit Schaltern (siehe unten).

Preis für Platinensteckverbinder: 1 USD für 20 Stück

Preis für 18650-Batteriehalter: 1 USD für 1 Stück

Schalter (S1-S4).

Im Projekt werden 4 Schiebeschalter mit je drei Kontakten für die Platinenmontage verwendet.

Zwei davon dienen zur Auswahl der Kontakte des Mobiltelefonakkus, einer (S1) für das erste Kontaktpaar (Minus), der andere (S2) für das zweite Paar (Plus).

Der dritte Schalter (S3) dient zum Anschließen der alternativen Stromversorgung an das Lademodul (Solarpanel).

Der vierte Schalter (S4) dient zum Einschalten des 5V-Step-up-Wandlers. Mit diesem Schalter lässt sich Energie sparen, indem der Step-up-Wandler abgeschaltet wird, wenn er nicht benötigt wird, beispielsweise beim Laden des Akkus oder beim Lagern des Geräts.

Preis für Schiebeschalter: 1 USD für 20 Stück

Voltmeter (M3) und Taster (S5)

Voltmeter dieser Bauart gibt es mit zwei oder drei Leitungen. Ein Voltmeter mit zwei Leitungen wird aus demselben Stromkreis versorgt, dessen Spannung es misst; genau diese Variante ist im Schaltplan dargestellt. Ein Modul mit drei Leitungen erhält eine separate Stromversorgung und wird zusätzlich an den zu messenden Stromkreis angeschlossen. Dadurch lassen sich Spannungen außerhalb des Versorgungsspannungsbereichs des Moduls messen.

Das Voltmeter hat eine dreistellige Anzeige und ist in vier Farben erhältlich.

Der Taster (S5) wurde hinzugefügt, um den Energieverbrauch des Voltmeters (M3), das damit nur bei Bedarf eingeschaltet wird, zu reduzieren.

Preis für Voltmeter: 2 USD pro Stück

Preis für Taster: 2 USD für 30 Stück

Lochrasterplatine.

Im Projekt werden drei Lochrasterplatinen verwendet. Zwei mit 50x70mm dienen als senkrechte Seitenwände, eine mit 70x90mm als "Boden".

Alle Bauteile des Geräts wurden an die seitlichen Lochrasterplatinen gelötet.

Die Lochrasterplatinen lassen sich mit einadrigen Drähten von 0.5mm leicht miteinander verbinden.

Preis für Lochrasterplatinen 5x7: 2.5 USD für 10 Stück

Preis für Lochrasterplatinen 7x9: 1.6 USD für 5 Stück

Breadboard

Ein Breadboard in halber Größe dient zur Aufnahme zusätzlicher elektronischer Bauteile, beispielsweise eines Arduino-Mikrocontrollers und verschiedener Sensoren. Versorgungsspannung und Masse werden über Leitungen, die an den Steckverbinder angeschlossen sind, zu den Stromschienen des Breadboards geführt (J3).

Preis für Breadboard in halber Größe: 1.5 USD für 1 Stück

Stiftleisten als Abstandshalter

Ich montierte 4 zweipolige Stiftleisten an einer der seitlichen Lochrasterplatinen als Abstandshalter, um das Spiel des Geräts im Gehäuse zu verringern. Das ist völlig optional.

Preis für Stiftleisten als Abstandshalter: 2 USD für 30 Stück mit jeweils 40 Kontakten

 

Gesamtkosten der Bauteile

Die Kosten aller Bauteile des Projekts ohne Werkzeuge und Verbrauchsmaterialien (Flussmittel, Lötzinn, Leitungen) betrugen 13 USD, ohne das Breadboard waren es 11.5 USD.

Alle erwähnten Bauteile finden Sie in diesem Google-Dokument​​​