Universele voeding voor microcontrollers (Arduino e.d.)

Componenten die in het project worden gebruikt

 

Alle gebruikte componenten (behalve de behuizing, printplaten, draden en pinheaders die als stootbuffers dienen) zijn in de schema's weergegeven en aangeduid, zodat ze gemakkelijk met de onderstaande beschrijving kunnen worden vergeleken. De aanduiding van elke component staat tussen haakjes (in het rood).

Behuizing.

Omdat ik geen 3D-printer heb, kon ik geen behuizing speciaal voor dit project maken. Daarom kocht ik in een winkel voor huishoudelijke artikelen een doorschijnend kunststof doosje van een geschikte grootte met een deksel dat stevig vastklikt. Door de doorschijnende behuizing is het licht van de leds zichtbaar.

Prijs 2 USD.

Zonnepaneel (D1).

Ik had verschillende zonnepanelen van uiteenlopende afmetingen en vermogens. Ik koos een klein paneel van 110x60mm, 5V, 1W. Dit is het opgegeven maximum, dat in de praktijk bijna onhaalbaar is: op een heldere, zonnige lentedag haalde ik ongeveer 150mA. De afmetingen van het paneel waren geschikt voor montage op het deksel van de behuizing.

Prijs: 2 USD.

Schottky-diode (D2)

Om terugstroom naar het zonnepaneel te voorkomen, is een Schottky-diode het meest geschikt, omdat de spanning laag is in de schakeling en zulke diodes een aanzienlijk kleinere doorlaatspanningsval hebben (0.3-0.5V) dan gewone diodes zoals de 1N4007, waarvan de spanningsval ongeveer 0.8-1V bedraagt. Ik had alleen een zeer krachtige 1N5825-diode (40V, 5A) beschikbaar, maar voor dit project zou ook een eenvoudiger 1N5817-diode (20V, 1A) geschikt zijn. Die heeft bovendien een nog kleinere spanningsval, wat vooral belangrijk is bij gebruik van een zonnepaneel met een lage spanning.

Prijs 1N5817: 4.5 USD voor 50 stuks

Acculaadmodule (BMS) (M1).

Ik gebruikte een module TP4056, met een micro-USB-aansluiting, die kan laden met een stroom van 1A en een spanning van 4.1-4.2V. Dit model heeft beveiliging tegen overladen en diepontladen van de lithium-ionaccu. De module heeft ook aansluitklemmen voor een alternatieve voedingsingang (in mijn geval het zonnepaneel).

Omdat ik niet van plan was het apparaat met meer dan één accu te gebruiken, waren een hoog laadvermogen en een hoge spanning niet nodig, hoewel er ook laadmodules en spanningsverlagende modules voor hogere spanningen verkrijgbaar zijn.

Prijs van de TP4056-module: 2 USD voor 5 stuks

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

Zo'n module is nodig omdat de acculaadmodule de spanning van de aangesloten accu doorgeeft, dus 3.7-4.2V, terwijl ik voor Arduino en andere elektronica een stabiele 5V nodig heb.

Ik koos een compacte en efficiënte Wavgat-boostmodule die een stroom levert van 1-1.5A.

Prijs: 1.1 USD

Voedingsconnectoren (J1-J3, JP1, JP2).

In het project worden 3 tweepolige printplaatconnectoren gebruikt

- (J1) voor het aansluiten van accu's met draden of een 18650-accu in een batterijhouder.

- (J2) voor het aansluiten van het zonnepaneel (ik koos voor een connector in plaats van een soldeerverbinding om het apparaat gemakkelijker te kunnen demonteren).

- (J3) om de 5V van de boostmodule naar het breadboard te voeren.

Voor het aansluiten van accu's uit mobiele telefoons had ik precies hetzelfde type connector nodig als in mobiele telefoons (JP1, JP2). Om het schema gemakkelijker te kunnen lezen, is de enkele connector met 4 contacten weergegeven als twee afzonderlijke connectoren. Ik had drie verschillende accu's: één met 3 contacten en twee met 4 contacten, waarbij ook de posities van de + en - contacten verschilden. Uiteindelijk soldeerde ik een connector met 4 contacten uit een oude donortelefoon. Deze connector kon voor al mijn accu's worden gebruikt. Zulke connectoren zijn ook op AliExpress verkrijgbaar. Het probleem van de verschillende posities van de voedings- en massacontacten loste ik op met schakelaars (zie hieronder).

Prijs van printplaatconnectoren: 1 USD voor 20 stuks

Prijs van een 18650-batterijhouder: 1 USD voor 1 stuk

Schakelaars (S1-S4).

In het project worden 4 schuifschakelaars met drie contacten voor printplaatmontage gebruikt.

Twee daarvan worden gebruikt om de contacten van de accu uit een mobiele telefoon te kiezen: één (S1) voor het eerste paar contacten (min), de andere (S2) voor het tweede paar (plus).

De derde schakelaar (S3) wordt gebruikt om de alternatieve voeding op de laadmodule aan te sluiten (zonnepaneel).

De vierde schakelaar (S4) wordt gebruikt om de 5V-boostmodule in te schakelen. Met de schakelaar kan ik energie besparen door de boostmodule uit te schakelen wanneer deze niet nodig is, bijvoorbeeld tijdens het opladen van de accu of het opbergen van het apparaat.

Prijs van schuifschakelaars: 1 USD voor 20 stuks

Voltmeter (M3) en drukknop (S5)

Voltmetermodules van dit type zijn verkrijgbaar met twee of drie draden. Een tweedraadsvoltmeter krijgt zijn voeding uit dezelfde schakeling waarvan hij de spanning meet; deze variant is in het schema weergegeven. Een driedraadsmodule krijgt een aparte voeding en wordt afzonderlijk op de te meten schakeling aangesloten. Daardoor kan hij spanningen meten die buiten het voedingsspanningsbereik van de module zelf liggen.

Het display van de voltmeter heeft drie cijfers en is verkrijgbaar in vier kleuren.

De drukknop (S5) is toegevoegd om het energieverbruik van de voltmeter te beperken (M3), zodat ik deze alleen inschakel wanneer dat nodig is.

Prijs van voltmeter: 2 USD per stuk

Prijs van drukknop: 2 USD voor 30 stuks

Prototypeprintplaat.

In het project worden drie prototypeprintplaten gebruikt. Twee van 50x70mm vormen de verticale wanden en één van 70x90mm vormt de "vloer".

Alle onderdelen van het apparaat werden op de zijprintplaten gesoldeerd.

De printplaten kunnen gemakkelijk met elkaar worden verbonden met massieve draad van 0.5mm.

Prijs van prototypeprintplaten van 5x7: 2.5 USD voor 10 stuks

Prijs van prototypeprintplaten van 7x9: 1.6 USD voor 5 stuks

Breadboard

Een half-size breadboard wordt gebruikt om extra elektronische componenten te plaatsen, bijvoorbeeld een Arduino-microcontroller en verschillende sensoren. De voeding en massa worden via draden naar de voedingsrails van het breadboard geleid. Deze draden zijn aangesloten op de connector (J3).

Prijs van half-size breadboard: 1.5 USD voor 1 stuk

Pinheaders als stootbuffers

Ik plaatste 4 dubbele pinheaders op één van de zijprintplaten als stootbuffer om de speling van het apparaat in de behuizing te verminderen. Dit is volledig optioneel.

Prijs van pinheaders als stootbuffers: 2 USD voor 30 stuks met elk 40 contacten

 

Totale componentkosten

De kosten van alle componenten van het project, zonder gereedschap en verbruiksmaterialen (flux, soldeer, draden), bedroegen 13 USD, zonder het breadboard is dat 11.5 USD.

Alle genoemde componenten zijn te vinden in dit Google-document​​​