Universell strømforsyning for mikrokontrollere (Arduino og lignende)

Komponenter som brukes i prosjektet

 

Alle komponentene som brukes (bortsett fra kapslingen, kretskortene, ledningene og stiftlistene som fungerer som avstandsholdere), vises i skjemaene og er merket slik at de lett kan sammenholdes med beskrivelsen nedenfor. Betegnelsen for hver komponent står i parentes (med rød skrift).

Kapsling.

Siden jeg ikke har en 3D-printer, kunne jeg ikke lage en kapsling spesielt for dette prosjektet. Derfor kjøpte jeg en gjennomskinnelig plastboks i passende størrelse med et lokk som klikker godt på plass, i en butikk med husholdningsartikler. Den gjennomskinnelige kapslingen gjør det mulig å se lyset fra lysdiodene.

Pris 2 USD.

Solcellepanel (D1).

Jeg hadde flere solcellepaneler i ulike størrelser og med ulik effekt. Jeg valgte et lite panel på 110x60mm, 5V, 1W. Dette er det oppgitte maksimumet, som nesten er umulig å oppnå i praksis: på en lys og solrik vårdag fikk jeg omtrent 150mA. Panelets størrelse passet godt til montering på lokket til kapslingen.

Pris: 2 USD.

Schottky-diode (D2)

For å hindre tilbakestrøm til solcellepanelet passer en Schottky-diode best, siden kretsen har lav spenning, og slike dioder har et betydelig lavere spenningsfall i lederetningen (0.3-0.5V) enn vanlige dioder av typen 1N4007, der spenningsfallet er omtrent 0.8-1V. Jeg hadde bare en svært kraftig diode av typen 1N5825 (40V, 5A), men en enklere diode av typen 1N5817 (20V, 1A) kunne også ha passet til dette prosjektet. Den har dessuten et enda lavere spenningsfall, noe som er spesielt viktig ved bruk av et solcellepanel med lav spenning.

Pris 1N5817: 4.5 USD for 50 stk.

Batterilademodul (BMS) (M1).

Jeg brukte en modul TP4056, som har en micro-USB-kontakt og kan lade med en strøm på 1A og en spenning på 4.1-4.2V. Modellen har beskyttelse mot overlading og dyputlading av litiumionbatteriet. Modulen har også tilkoblingspunkter for alternativ inngangsstrøm (i mitt tilfelle fra solcellepanelet).

Siden jeg ikke planla å lage en enhet som skulle bruke mer enn ett batteri, trengte jeg ikke høy ladeeffekt eller høy spenning, selv om det finnes lademoduler og spenningssenkende moduler for høyere spenninger.

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

Spenningshevende modul til 5V (Step-up / boost module) (M2).

En slik modul er nødvendig fordi batterilademodulen leverer spenningen fra det tilkoblede batteriet, altså 3.7-4.2V, mens jeg trenger stabile 5V for å forsyne Arduino og annen elektronikk med strøm.

Jeg valgte en kompakt og effektiv spenningshevende modul fra Wavgat som støtter en strøm på 1-1.5A.

Pris: 1.1 USD

Strømkontakter (J1-J3, JP1, JP2).

I prosjektet brukes 3 topolede kontakter for kretskort

- (J1) for tilkobling av batterier med ledninger eller et batteri av typen 18650 i en batteriholder.

- (J2) for tilkobling av solcellepanelet (jeg foretrakk en kontakt fremfor lodding for å gjøre det lettere å demontere enheten).

- (J3) for å føre 5V fra den spenningshevende modulen til koblingsbrettet.

For å koble til mobiltelefonbatterier trengte jeg nøyaktig samme type kontakt som brukes i mobiltelefoner (JP1, JP2). For å gjøre skjemaet lettere å lese er én kontakt med 4 kontaktpunkter delt i to separate kontakter. Jeg hadde tre ulike batterier: ett med 3 kontaktpunkter og to med 4 kontaktpunkter, og plasseringen av + og - var også forskjellig. Jeg loddet derfor ut en kontakt med 4 kontaktpunkter fra en gammel telefon som fungerte som delekilde, og denne kontakten kunne brukes til alle batteriene mine. Slike kontakter kan også kjøpes på AliExpress. Problemet med ulik plassering av strøm- og jordkontaktene ble løst med brytere (se nedenfor).

Pris for kretskortkontakter: 1 USD for 20 stk.

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

Brytere (S1-S4).

I prosjektet brukes 4 skyvebrytere med tre kontaktpunkter for montering på kretskort.

To av dem brukes til å velge kontaktpunktene på mobiltelefonbatteriet, én (S1) for det første kontaktparet (minus), den andre (S2) for det andre paret (pluss).

Den tredje bryteren (S3) brukes til å koble alternativ strømforsyning til lademodulen (solcellepanel).

Den fjerde bryteren (S4) brukes til å slå på den spenningshevende modulen til 5V. Bryteren gjør det mulig å spare energi ved å slå av den spenningshevende modulen når den ikke trengs, for eksempel mens batteriet lades eller enheten oppbevares.

Pris for brytere: 1 USD for 20 stk.

Voltmeter (M3) og trykknapp (S5)

Voltmetermoduler av denne typen finnes med to eller tre ledninger. Et voltmeter med to ledninger får strøm fra og måler spenningen i samme krets; det er denne varianten som vises i skjemaet. En modul med tre ledninger har separat strømforsyning og kobles separat til kretsen som skal måles. Dermed kan den måle spenninger utenfor spenningsområdet for modulens egen strømforsyning.

Voltmeterets display har tre sifre og er tilgjengelig i fire farger.

Trykknappen (S5) ble lagt til for å spare energien som voltmeteret bruker (M3), slik at det bare slås på ved behov.

Pris for voltmeter: 2 USD per stk.

Pris for trykknapp: 2 USD for 30 stk.

Hullkort.

I prosjektet brukes tre hullkort. To på 50x70mm som vertikale vegger og ett på 70x90mm som gulv.

Alle enhetens komponenter ble loddet fast på hullkortene på sidene.

Hullkortene kan enkelt festes til hverandre med entrådede ledninger på 0.5mm.

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

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

Koblingsbrett

Et koblingsbrett i halv størrelse brukes til å plassere ekstra elektroniske komponenter, for eksempel en Arduino-mikrokontroller og ulike sensorer. Strøm og jord føres til koblingsbrettets strømskinner via ledninger som er koblet til kontakten (J3).

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

Stiftlister som avstandsholdere

Jeg monterte 4 topolede stiftlister på ett av hullkortene på sidene som avstandsholdere for å redusere slarken mellom enheten og kapslingen. Dette er helt valgfritt.

Pris for stiftlister som avstandsholdere: 2 USD for 30 stk. med 40 kontaktstifter hver

 

Samlet komponentkostnad

Kostnaden for alle komponentene i prosjektet, uten verktøy og forbruksmateriell (flussmiddel, loddetinn, ledninger), var 13 USD, uten koblingsbrettet blir det 11.5 USD.

Alle de nevnte komponentene finner du i dette Google-dokumentet​​​