Fonte de alimentação universal para microcontroladores (Arduino, etc.)

Componentes utilizados no projeto

 

Todos os componentes utilizados (exceto a caixa, as placas de circuito impresso, os fios e as réguas de pinos que servem de batentes) estão representados nos esquemas e identificados para facilitar a correspondência com a descrição abaixo. A identificação de cada componente é indicada entre parênteses (a vermelho).

Caixa.

Como não tenho uma impressora 3D, não pude fabricar uma caixa especificamente para este projeto. Por isso, comprei numa loja de artigos para o lar uma caixa de plástico translúcido com o tamanho adequado e uma tampa que fecha firmemente por encaixe. A caixa translúcida permite ver a luz dos LED.

Preço 2 USD.

Painel solar (D1).

Tinha vários painéis solares de diferentes tamanhos e potências. Escolhi um pequeno painel de 110x60mm, 5V, 1W. Este é o máximo anunciado, que na prática é quase impossível de atingir: num dia de primavera com sol intenso, obtive cerca de 150mA. As dimensões do painel eram adequadas para o instalar na tampa da caixa.

Preço: 2 USD.

Díodo Schottky (D2)

Para impedir a corrente inversa para o painel solar, o componente mais adequado é um díodo Schottky, pois a tensão no circuito é baixa e estes díodos têm uma queda de tensão direta significativamente menor (0.3-0.5V) do que os díodos comuns do tipo 1N4007, cuja queda é de cerca de 0.8-1V. Só tinha disponível um díodo 1N5825 muito potente (40V, 5A), mas para este projeto poderia servir um díodo mais simples, o 1N5817 (20V, 1A), que tem ainda uma queda de tensão direta menor, o que é especialmente importante quando se trabalha com um painel solar de baixa tensão.

Preço 1N5817: 4.5 USD por 50 unidades

Módulo de carregamento da bateria (BMS) (M1).

Utilizei um módulo TP4056, equipado com um conector micro-USB e capaz de carregar com uma corrente de 1A e uma tensão de 4.1-4.2V. Este modelo tem proteção contra sobrecarga e descarga excessiva da bateria de iões de lítio. O módulo também tem terminais para uma fonte de alimentação alternativa (no meu caso, o painel solar).

Como não planeava construir um aparelho para funcionar com mais de uma bateria, não precisava de uma potência de carregamento nem de uma tensão elevadas, embora existam módulos de carregamento e módulos redutores de tensão para tensões mais altas.

Preço do módulo TP4056: 2 USD por 5 unidades

Módulo conversor elevador de tensão para 5V (Step-up / boost module) (M2).

Este módulo é necessário porque o módulo de carregamento da bateria fornece a tensão da bateria ligada, ou seja, 3.7-4.2V, e eu preciso de 5V estáveis para alimentar o Arduino e a restante eletrónica.

Escolhi um módulo compacto e eficiente, o conversor elevador Wavgat, que suporta uma corrente de 1-1.5A.

Preço: 1.1 USD

Conectores de alimentação (J1-J3, JP1, JP2).

No projeto utilizei 3 conectores de dois contactos para placas de circuito impresso

- (J1) para ligar baterias com fios ou uma bateria do tipo 18650 colocada num suporte de bateria.

- (J2) para ligar o painel solar (preferi um conector à soldadura para facilitar a desmontagem do aparelho).

- (J3) para levar os 5V do conversor elevador à placa de ensaio.

Para ligar as baterias de telemóveis, precisei de um conector exatamente igual ao utilizado nos telemóveis (JP1, JP2). No esquema, para facilitar a leitura, o conector único de 4 contactos está dividido em dois conectores separados. Tinha três baterias diferentes: uma com 3 contactos e duas com 4 contactos, sendo que a posição dos contactos + e - também variava. Acabei por dessoldar um conector de 4 contactos de um telemóvel antigo usado como dador de peças, e esse conector podia ser utilizado com todas as minhas baterias. Estes conectores também podem ser comprados no AliExpress. Resolvi a questão das diferentes posições dos contactos de alimentação e de massa com comutadores (ver abaixo).

Preço dos conectores para placas de circuito impresso: 1 USD por 20 unidades

Preço dos suporte de bateria 18650: 1 USD por 1 unidade

Comutadores (S1-S4).

No projeto utilizei 4 comutadores deslizantes de três contactos para montagem em placa de circuito impresso.

Dois deles servem para selecionar os contactos da bateria do telemóvel: um (S1) para o primeiro par de contactos (negativo) e o outro (S2) para o segundo par (positivo).

O terceiro comutador (S3) serve para ligar a alimentação alternativa ao módulo de carregamento (painel solar).

O quarto comutador (S4) serve para ligar o conversor elevador de 5V. O comutador permite poupar energia, desligando o conversor elevador quando não é necessário, por exemplo, durante o carregamento da bateria ou quando o dispositivo está guardado.

Preço dos comutadores: 1 USD por 20 unidades

Voltímetro (M3) e botão de pressão (S5)

Os voltímetros deste tipo existem em versões de dois e de três fios. O voltímetro de dois fios recebe alimentação e mede a tensão do mesmo circuito; é esta a versão representada no esquema. O módulo de três fios recebe uma alimentação independente e liga-se separadamente ao circuito a medir, o que permite medir tensões fora do intervalo de alimentação do próprio módulo.

O visor do voltímetro tem três dígitos e está disponível em quatro cores.

O botão de pressão (S5) foi acrescentado para poupar a energia consumida pelo voltímetro (M3), permitindo ligá-lo apenas quando necessário.

Preço dos voltímetro: 2 USD por unidade

Preço dos botão de pressão: 2 USD por 30 unidades

Placa de circuito impresso para protótipos.

No projeto utilizei três placas de circuito impresso para protótipos. Duas de 50x70mm servem de paredes verticais e uma de 70x90mm serve de "piso".

Soldei todos os elementos do dispositivo às placas de circuito impresso laterais.

É prático unir as placas de circuito impresso entre si com fios de condutor único de 0.5mm.

Preço dos placas de circuito impresso para protótipos 5x7: 2.5 USD por 10 unidades

Preço dos placas de circuito impresso para protótipos 7x9: 1.6 USD por 5 unidades

Placa de ensaio sem soldadura

A placa de ensaio sem soldadura de meio tamanho serve para montar componentes eletrónicos adicionais, por exemplo, um microcontrolador Arduino e vários sensores. A alimentação e a massa são levadas às linhas de alimentação da placa de ensaio através de fios ligados ao conector (J3).

Preço dos placa de ensaio sem soldadura de meio tamanho: 1.5 USD por 1 unidade

Conectores usados como batentes

Instalei 4 conectores de dois pinos numa das placas de circuito impresso laterais para servirem de batentes e reduzir a folga do dispositivo dentro da caixa. São totalmente opcionais.

Preço dos conectores usados como batentes: 2 USD por 30 unidades de 40 contactos cada

 

Custo total dos componentes

O custo de todos os componentes do projeto, sem contar com as ferramentas e os consumíveis (fluxo, solda, fios), foi de 13 USD, excluindo a placa de ensaio, foi de 11.5 USD.

Pode encontrar todos os componentes mencionados neste documento Google​​​