Alimentatore universale per microcontrollori (Arduino ecc.)

Componenti utilizzati nel progetto

 

Tutti i componenti utilizzati (tranne il contenitore, le schede millefori, i fili e i connettori a pin usati come distanziatori) sono mostrati negli schemi e contrassegnati per facilitarne il confronto con la descrizione seguente. La sigla di ciascun componente è indicata tra parentesi (in rosso).

Contenitore.

Poiché non ho una stampante 3D, non ho potuto realizzare un contenitore appositamente per questo progetto. Ho quindi acquistato in un negozio di articoli per la casa una scatola di plastica semitrasparente di dimensioni adatte, con un coperchio che si chiude saldamente a scatto. Il contenitore semitrasparente permette di vedere la luce dei LED.

Prezzo 2 USD.

Pannello solare (D1).

Avevo diversi pannelli solari di varie dimensioni e potenze. Ho scelto un piccolo pannello da 110x60mm, 5V, 1W. Questo è il massimo dichiarato, quasi irraggiungibile nella pratica: in una giornata primaverile di sole intenso ho ottenuto circa 150mA. Le dimensioni del pannello erano adatte al montaggio sul coperchio del contenitore.

Prezzo: 2 USD.

Diodo Schottky (D2)

Per impedire il passaggio di corrente inversa verso il pannello solare, il componente più adatto è un diodo Schottky, perché nel circuito la tensione è bassa e questi diodi hanno una caduta di tensione diretta nettamente inferiore (0.3-0.5V) rispetto ai diodi comuni come l'1N4007, nei quali la caduta è di circa 0.8-1V. Avevo a disposizione soltanto un diodo 1N5825 molto potente (40V, 5A), ma per questo progetto sarebbe stato sufficiente un diodo più semplice, l'1N5817 (20V, 1A), che ha inoltre una caduta di tensione ancora inferiore, particolarmente importante quando si lavora con un pannello solare a bassa tensione.

Prezzo 1N5817: 4.5 USD per 50 pezzi

Modulo di ricarica della batteria (BMS) (M1).

Ho utilizzato un modulo TP4056, dotato di un connettore micro-USB e in grado di caricare con una corrente di 1A e una tensione di 4.1-4.2V; questo modello dispone di protezione contro la sovraccarica e la scarica eccessiva della batteria agli ioni di litio. Il modulo dispone anche di terminali per un'alimentazione di ingresso alternativa (nel mio caso dal pannello solare).

Poiché non intendevo realizzare un dispositivo che funzionasse con più di una batteria, non erano necessarie potenze di ricarica e tensioni elevate, anche se ho a disposizione moduli di ricarica e moduli abbassatori di tensione per tensioni più alte.

Prezzo del modulo TP4056: 2 USD per 5 pezzi

Modulo elevatore di tensione a 5V (Step-up / boost module) (M2).

Questo modulo è necessario perché il modulo di ricarica della batteria fornisce la tensione della batteria collegata, cioè 3.7-4.2V, mentre per alimentare Arduino e gli altri componenti elettronici mi servono 5V stabili.

Ho scelto un modulo compatto ed efficiente di Wavgat, un convertitore elevatore che supporta una corrente di 1-1.5A.

Prezzo: 1.1 USD

Connettori di alimentazione (J1-J3, JP1, JP2).

Nel progetto ho utilizzato 3 connettori a due poli per circuito stampato

- (J1) per collegare batterie con fili oppure una batteria del tipo 18650 alloggiata in un portabatteria.

- (J2) per collegare il pannello solare (ho preferito un connettore alla saldatura per facilitare lo smontaggio del dispositivo).

- (J3) per portare i 5V dal modulo elevatore alla breadboard.

Per collegare le batterie dei telefoni cellulari mi è servito un connettore identico a quello usato nei telefoni cellulari (JP1, JP2). Nello schema, per facilitarne la lettura, il connettore unico a 4 contatti è suddiviso in due connettori separati. Avevo tre batterie diverse: una con 3 contatti e due con 4 contatti, con posizioni diverse anche per i contatti + e -. Ho quindi dissaldato da un vecchio telefono usato come donatore un connettore a 4 contatti, utilizzabile con tutte le mie batterie. Questi connettori si possono acquistare anche su AliExpress. Ho risolto il problema della diversa disposizione dei contatti di alimentazione e di massa tramite commutatori (vedi sotto).

Prezzo dei connettori per circuito stampato: 1 USD per 20 pezzi

Prezzo dei portabatteria 18650: 1 USD per 1 pezzo

Commutatori a slitta (S1-S4).

Nel progetto sono utilizzati 4 commutatori a tre contatti per montaggio su circuito stampato.

Due servono a selezionare i contatti della batteria del telefono cellulare: uno (S1) per la prima coppia di contatti (negativo), l'altro (S2) per la seconda coppia (positivo).

Il terzo commutatore (S3) serve a collegare l'alimentazione alternativa al modulo di ricarica (pannello solare).

Il quarto commutatore (S4) serve ad attivare il modulo elevatore a 5V. Il commutatore permette di risparmiare energia disattivando il modulo elevatore quando non serve, per esempio durante la ricarica della batteria o quando il dispositivo viene riposto.

Prezzo dei commutatori a slitta: 1 USD per 20 pezzi

Voltmetro (M3) e pulsante (S5)

I voltmetri di questo tipo sono disponibili nelle versioni a due e a tre fili. Il voltmetro a due fili riceve l'alimentazione e misura la tensione dallo stesso circuito; è questa la versione mostrata nello schema. Il modulo a tre fili riceve un'alimentazione separata e si collega separatamente al circuito da misurare, consentendo di misurare tensioni al di fuori dell'intervallo di alimentazione del modulo stesso.

Il display del voltmetro è a tre cifre ed è disponibile in quattro colori.

Il pulsante (S5) è stato aggiunto per risparmiare l'energia consumata dal voltmetro (M3), accendendolo soltanto quando necessario.

Prezzo dei voltmetro: 2 USD al pezzo

Prezzo dei pulsante: 2 USD per 30 pezzi

Scheda millefori.

Nel progetto sono utilizzate tre schede millefori: due da 50x70mm come pareti verticali e una da 70x90mm come "pavimento".

Tutti gli elementi del dispositivo sono stati saldati alle schede millefori laterali.

Le schede millefori si possono unire facilmente tra loro usando fili rigidi da 0.5mm.

Prezzo dei schede millefori 5x7: 2.5 USD per 10 pezzi

Prezzo dei schede millefori 7x9: 1.6 USD per 5 pezzi

Breadboard

La breadboard di mezza misura serve ad alloggiare componenti elettronici aggiuntivi, per esempio un microcontrollore Arduino e vari sensori. L'alimentazione e la massa sono portate alle barre di alimentazione della breadboard tramite fili collegati al connettore (J3).

Prezzo dei breadboard di mezza misura: 1.5 USD per 1 pezzo

Connettori usati come distanziatori

Ho installato 4 connettori a due pin su una delle schede millefori laterali come distanziatori, per ridurre il gioco del dispositivo all'interno del contenitore. Sono del tutto opzionali.

Prezzo dei connettori usati come distanziatori: 2 USD per 30 pezzi da 40 connettori ciascuno

 

Totale dei componenti

Il costo di tutti i componenti del progetto, esclusi gli utensili e i materiali di consumo (flussante, stagno, fili), è stato di 13 USD, escludendo la breadboard, invece, di 11.5 USD.

Potete trovare tutti i componenti citati in questo documento Google​​​