Uniwersalne źródło zasilania dla mikrokontrolerów (Arduino itp.)

Elementy użyte w projekcie

 

Wszystkie użyte elementy (z wyjątkiem obudowy, płytek drukowanych, przewodów i złączy szpilkowych pełniących rolę odbojników) są pokazane na schematach i oznaczone, aby ułatwić porównanie z poniższym opisem. Oznaczenie każdego elementu podano w nawiasach (kolorem czerwonym).

Obudowa.

Ponieważ nie mam drukarki 3D, nie mogłem wykonać obudowy specjalnie do tego projektu. Kupiłem więc w sklepie z artykułami gospodarstwa domowego półprzezroczyste plastikowe pudełko odpowiedniej wielkości z pokrywką zamykaną na szczelny zatrzask. Półprzezroczysta obudowa pozwala zobaczyć światło diod LED.

Cena 2 USD.

Panel słoneczny (D1).

Miałem kilka paneli słonecznych o różnych rozmiarach i mocach. Wybrałem niewielki panel 110x60mm, 5V, 1W. To deklarowane maksimum, które w praktyce jest niemal nieosiągalne: w jasny, słoneczny dzień wiosną uzyskałem około 150mA. Wymiary panelu dobrze pasowały do montażu na pokrywie obudowy.

Cena: 2 USD.

Dioda Schottky'ego (D2)

Aby zapobiec przepływowi prądu wstecznego do panelu słonecznego, najlepiej nadaje się dioda Schottky'ego, ponieważ w obwodzie występuje niskie napięcie, a takie diody mają znacznie mniejszy spadek napięcia w kierunku przewodzenia (0.3-0.5V) niż zwykłe diody typu 1N4007, w których wynosi on około 0.8-1V. Miałem tylko diodę 1N5825 o bardzo dużej mocy (40V, 5A), ale w tym projekcie wystarczyłaby prostsza dioda 1N5817 (20V, 1A), która ma również jeszcze mniejszy spadek napięcia, co jest szczególnie ważne przy pracy z niskonapięciowym panelem słonecznym.

Cena 1N5817: 4.5 USD za 50 sztuk

Moduł ładowania akumulatora (BMS) (M1).

Użyłem modułu TP4056, który ma złącze micro-USB i umożliwia ładowanie prądem 1A przy napięciu 4.1-4.2V. Model ten ma zabezpieczenie akumulatora litowo-jonowego przed przeładowaniem i nadmiernym rozładowaniem. Moduł ma również zaciski do podłączenia alternatywnego źródła zasilania wejściowego (w moim przypadku panelu słonecznego).

Ponieważ nie planowałem budować urządzenia pracującego z więcej niż jednym akumulatorem, nie potrzebowałem dużej mocy ładowania ani wysokiego napięcia, choć dostępne są moduły ładowania i przetwornice obniżające napięcie przeznaczone do wyższych napięć.

Cena modułu TP4056: 2 USD za 5 sztuk

Przetwornica podwyższająca napięcie do 5V (Step-up / boost module) (M2).

Taki moduł jest potrzebny, ponieważ moduł ładowania akumulatora przekazuje napięcie podłączonego akumulatora, czyli 3.7-4.2V, a do zasilania Arduino i innej elektroniki potrzebuję stabilnego napięcia 5V.

Wybrałem kompaktowy i wydajny moduł przetwornicy podwyższającej napięcie Wavgat, umożliwiający przepływ prądu 1-1.5A.

Cena: 1.1 USD

Złącza zasilania (J1-J3, JP1, JP2).

W projekcie użyłem 3 dwustykowych złączy do płytek drukowanych

- (J1) do podłączania akumulatorów z przewodami lub akumulatora typu 18650 umieszczonego w koszyku na akumulator.

- (J2) do podłączania panelu słonecznego (wybrałem złącze zamiast lutowania, aby ułatwić demontaż urządzenia).

- (J3) do wyprowadzenia 5V z przetwornicy podwyższającej napięcie na płytkę stykową.

Do podłączenia akumulatorów z telefonów komórkowych potrzebowałem dokładnie takiego samego złącza jak w telefonach komórkowych (JP1, JP2). Na schemacie, dla czytelności, jedno złącze z 4 stykami zostało podzielone na dwa oddzielne złącza. Miałem trzy różne akumulatory: jeden z 3 stykami i dwa z 4 stykami, przy czym rozmieszczenie styków + i - również było różne. Ostatecznie wylutowałem złącze z 4 stykami ze starego telefonu przeznaczonego na części i mogłem używać tego złącza ze wszystkimi moimi akumulatorami. Takie złącza można też kupić na AliExpress. Problem różnego rozmieszczenia styków zasilania i masy rozwiązałem za pomocą przełączników (patrz poniżej).

Cena za złącza do płytek drukowanych: 1 USD za 20 sztuk

Cena za koszyk na akumulator 18650: 1 USD za 1 sztukę

Przełączniki (S1-S4).

W projekcie zastosowałem 4 przełączniki suwakowe z trzema stykami do montażu na płytce drukowanej.

Dwa z nich służą do wyboru styków akumulatora z telefonu komórkowego, jeden (S1) do pierwszej pary styków (minus), drugi (S2) do drugiej pary (plus).

Trzeci przełącznik (S3) służy do podłączania alternatywnego zasilania do modułu ładowania (panel słoneczny).

Czwarty przełącznik (S4) służy do włączania przetwornicy podwyższającej napięcie do 5V. Przełącznik pozwala oszczędzać energię przez wyłączanie przetwornicy, gdy nie jest potrzebna, na przykład podczas ładowania akumulatora lub przechowywania urządzenia.

Cena za przełączniki: 1 USD za 20 sztuk

Woltomierz (M3) i przycisk (S5)

Woltomierze tego typu występują w wersjach dwuprzewodowych i trzyprzewodowych. Woltomierz dwuprzewodowy jest zasilany z tego samego obwodu, którego napięcie mierzy; właśnie taki wariant pokazano na schemacie. Moduł trzyprzewodowy ma oddzielne zasilanie i jest osobno podłączany do mierzonego obwodu, co pozwala mierzyć napięcia poza zakresem napięcia zasilania samego modułu.

Wyświetlacz woltomierza jest trzycyfrowy i dostępny w czterech kolorach.

Przycisk (S5) dodałem, aby oszczędzać energię zużywaną przez woltomierz (M3), włączając go tylko wtedy, gdy jest potrzebny.

Cena za woltomierz: 2 USD za sztukę

Cena za przycisk: 2 USD za 30 sztuk

Płytka drukowana.

W projekcie zastosowałem trzy uniwersalne płytki prototypowe. Dwie o wymiarach 50x70mm jako pionowe ścianki i jedną 70x90mm jako podłogę.

Wszystkie elementy urządzenia przylutowałem do bocznych płytek drukowanych.

Płytki drukowane można wygodnie łączyć ze sobą za pomocą przewodów jednodrutowych 0.5mm.

Cena za płytki drukowane 5x7: 2.5 USD za 10 sztuk

Cena za płytki drukowane 7x9: 1.6 USD za 5 sztuk

Płytka stykowa

Płytka stykowa o połowie standardowego rozmiaru służy do umieszczania dodatkowych elementów elektronicznych, na przykład mikrokontrolera Arduino i różnych czujników. Zasilanie i masa są wyprowadzone na szyny płytki stykowej przewodami podłączonymi do złącza (J3).

Cena za płytkę stykową o połowie standardowego rozmiaru: 1.5 USD za 1 sztukę

Złącza pełniące rolę odbojników

Na jednej z bocznych płytek drukowanych zamontowałem 4 podwójne złącza szpilkowe jako odbojniki, aby zmniejszyć luz urządzenia wewnątrz obudowy. To całkowicie opcjonalny element.

Cena za złącza pełniące rolę odbojników: 2 USD za 30 sztuk po 40 złączy

 

Łączny koszt elementów

Koszt wszystkich elementów projektu bez narzędzi i materiałów eksploatacyjnych (topnik, lutowie, przewody) wyniósł 13 USD, a po wyłączeniu płytki stykowej 11.5 USD.

Wszystkie wymienione elementy można znaleźć w tym dokumencie Google​​​