Alimentation universelle pour microcontrôleurs (Arduino, etc.)

Composants utilisés dans le projet

 

Tous les composants utilisés (à l'exception du boîtier, des circuits imprimés, des fils et des barrettes à broches servant de butées) figurent sur les schémas et sont repérés pour faciliter la comparaison avec la description ci-dessous. Le repère de chaque composant est indiqué entre parenthèses (en rouge).

Boîtier.

Comme je n'ai pas d'imprimante 3D, je n'ai pas pu fabriquer un boîtier spécialement pour ce projet. J'ai donc acheté dans un magasin d'articles pour la maison une boîte en plastique translucide de taille adaptée, avec un couvercle qui se ferme fermement par clipsage. Le boîtier translucide permet de voir la lumière des LED.

Prix 2 USD.

Panneau solaire (D1).

J'avais plusieurs panneaux solaires de tailles et de puissances différentes. J'ai choisi un petit panneau de 110x60mm, 5V, 1W. Il s'agit du maximum annoncé, pratiquement impossible à atteindre en conditions réelles : par une belle journée ensoleillée de printemps, j'ai obtenu environ 150mA. Les dimensions du panneau convenaient bien à une installation sur le couvercle du boîtier.

Prix : 2 USD.

Diode Schottky (D2)

Pour empêcher le courant inverse vers le panneau solaire, une diode Schottky convient le mieux, car la tension dans le circuit est faible et ces diodes présentent une chute de tension directe nettement plus faible (0.3-0.5V) que les diodes classiques de type 1N4007, dont la chute de tension est d'environ 0.8-1V. Je ne disposais que d'une diode 1N5825 très puissante (40V, 5A), mais une diode plus simple, la 1N5817 (20V, 1A), aurait pu convenir à ce projet. Elle présente en outre une chute de tension encore plus faible, ce qui est particulièrement important avec un panneau solaire basse tension.

Prix 1N5817: 4.5 USD pour 50 pièces

Module de charge de batterie (BMS) (M1).

J'ai utilisé un module TP4056, équipé d'un connecteur micro-USB et capable de charger à un courant de 1A et à une tension de 4.1-4.2V. Ce modèle protège la batterie lithium-ion contre la surcharge et la décharge excessive. Le module dispose également de bornes pour une alimentation d'entrée alternative (dans mon cas, le panneau solaire).

Comme je ne prévoyais pas de réaliser un appareil fonctionnant avec plus d'une batterie, je n'avais pas besoin d'une puissance de charge ni d'une tension élevées, même s'il existe des modules de charge et des convertisseurs abaisseurs pour des tensions plus élevées.

Prix du module TP4056: 2 USD pour 5 pièces

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

Ce module est nécessaire, car le module de charge de batterie fournit la tension de la batterie raccordée, soit 3.7-4.2V, alors qu'il me faut une tension stable de 5V pour alimenter Arduino et les autres composants électroniques.

J'ai choisi un convertisseur compact et à bon rendement de la marque Wavgat, supportant un courant de 1-1.5A.

Prix : 1.1 USD

Connecteurs d'alimentation (J1-J3, JP1, JP2).

Le projet utilise 3 connecteurs à deux contacts pour circuit imprimé

- (J1) pour raccorder les batteries munies de fils ou une batterie de type 18650 placée dans un support de batterie.

- (J2) pour raccorder le panneau solaire (j'ai préféré un connecteur à une liaison soudée pour faciliter le démontage de l'appareil).

- (J3) pour acheminer la sortie 5V du convertisseur élévateur vers la plaque d'essai.

Pour raccorder les batteries de téléphones portables, il m'a fallu un connecteur identique à celui utilisé dans les téléphones portables (JP1, JP2). Pour faciliter la lecture du schéma, le connecteur unique à 4 contacts y est représenté par deux connecteurs distincts. Je disposais de trois batteries différentes : une à 3 contacts et deux à 4 contacts, avec également des positions différentes pour les contacts + et -. J'ai donc dessoudé un connecteur à 4 contacts d'un vieux téléphone servant de donneur, et ce connecteur pouvait être utilisé avec toutes mes batteries. On peut aussi acheter ces connecteurs sur AliExpress. J'ai résolu le problème des positions différentes des contacts d'alimentation et de masse à l'aide de commutateurs (voir ci-dessous).

Prix des connecteurs pour circuit imprimé: 1 USD pour 20 pièces

Prix des support de batterie 18650: 1 USD pour 1 pièce

Commutateurs (S1-S4).

Le projet utilise 4 commutateurs à glissière à trois contacts pour montage sur circuit imprimé.

Deux servent à sélectionner les contacts de la batterie de téléphone portable, l'un (S1) pour la première paire de contacts (moins), l'autre (S2) pour la deuxième paire (plus).

Le troisième commutateur (S3) sert à raccorder l'alimentation alternative au module de charge (panneau solaire).

Le quatrième commutateur (S4) sert à activer le convertisseur élévateur 5V. Ce commutateur permet d'économiser de l'énergie en désactivant le convertisseur lorsqu'il n'est pas nécessaire, par exemple pendant la charge de la batterie ou le stockage du dispositif.

Prix des commutateurs: 1 USD pour 20 pièces

Voltmètre (M3) et bouton-poussoir (S5)

Les modules voltmètres de ce type existent en versions à deux ou trois fils. Le voltmètre à deux fils est alimenté par le circuit dont il mesure la tension ; c'est cette version qui figure sur le schéma. Le module à trois fils est alimenté séparément et se raccorde indépendamment au circuit à mesurer, ce qui permet de mesurer une tension en dehors de la plage d'alimentation du module lui-même.

L'afficheur du voltmètre comporte trois chiffres et est disponible en quatre couleurs.

Le bouton-poussoir (S5) a été ajouté pour économiser l'énergie consommée par le voltmètre (M3), afin de ne l'activer qu'en cas de besoin.

Prix des voltmètre: 2 USD par pièce

Prix des bouton-poussoir: 2 USD pour 30 pièces

Circuit imprimé de prototypage.

Le projet utilise trois circuits imprimés de prototypage. Deux de 50x70mm servent de parois verticales et un de 70x90mm sert de "plancher".

J'ai soudé tous les éléments du dispositif aux circuits imprimés latéraux.

Des fils monobrins de 0.5mm permettent d'assembler facilement les circuits imprimés entre eux.

Prix des circuits imprimés de prototypage 5x7: 2.5 USD pour 10 pièces

Prix des circuits imprimés de prototypage 7x9: 1.6 USD pour 5 pièces

Plaque d'essai sans soudure

Une plaque d'essai sans soudure de demi-format permet d'installer des composants électroniques supplémentaires, par exemple un microcontrôleur Arduino et divers capteurs. L'alimentation et la masse sont acheminées vers les rails de la plaque d'essai par des fils raccordés au connecteur (J3).

Prix des plaque d'essai sans soudure de demi-format: 1.5 USD pour 1 pièce

Barrettes à broches servant de butées

J'ai installé 4 barrettes à deux broches sur l'un des circuits imprimés latéraux pour servir de butées et réduire le jeu du dispositif à l'intérieur du boîtier. C'est entièrement facultatif.

Prix des barrettes à broches servant de butées: 2 USD pour 30 pièces de 40 broches chacune

 

Coût total des composants

Le coût de tous les composants du projet, hors outils et consommables (flux, soudure, fils), s'est élevé à 13 USD, et sans la plaque d'essai, à 11.5 USD.

Vous pouvez retrouver tous les composants mentionnés dans ce document Google​​​