Sursă de alimentare universală pentru microcontrolere (Arduino etc.)

Componente utilizate în proiect

 

Toate componentele utilizate (cu excepția carcasei, a plăcilor de circuit imprimat, a firelor și a conectorilor cu pini folosiți ca distanțiere) sunt reprezentate în scheme și marcate pentru a facilita corelarea cu descrierea de mai jos. Indicativul fiecărei componente este menționat între paranteze (cu roșu).

Carcasă.

Deoarece nu am o imprimantă 3D, nu am putut realiza o carcasă special pentru acest proiect. Așa că am cumpărat dintr-un magazin de articole pentru casă o cutie din plastic translucid, de dimensiuni potrivite, cu un capac care se închide ferm prin clipsare. Carcasa translucidă permite să se vadă lumina LED-urilor.

Preț 2 USD.

Panou solar (D1).

Aveam mai multe panouri solare de dimensiuni și puteri diferite. Am ales un panou mic de 110x60mm, 5V, 1W. Acesta este maximul declarat, care în practică este aproape imposibil de atins: într-o zi de primăvară cu soare puternic am obținut aproximativ 150mA. Dimensiunile panoului erau potrivite pentru montarea pe capacul carcasei.

Preț: 2 USD.

Diodă Schottky (D2)

Pentru a elimina curentul invers către panoul solar, cel mai bine se potrivește o diodă Schottky, deoarece în circuit tensiunea este scăzută, iar astfel de diode au o cădere de tensiune semnificativ mai mică (0.3-0.5V), spre deosebire de diodele obișnuite de tip 1N4007, la care căderea este de aproximativ 0.8-1V. Aveam la dispoziție doar o diodă 1N5825 (40V, 5A) de putere foarte mare, dar pentru acest proiect ar fi fost potrivită și o diodă mai simplă, 1N5817 (20V, 1A), care are în plus o cădere de tensiune și mai mică, lucru deosebit de important la utilizarea unui panou solar de joasă tensiune.

Preț 1N5817: 4.5 USD pentru 50 de bucăți

Modul de încărcare a acumulatorului (BMS) (M1).

Am folosit un modul TP4056, care are un conector micro-USB integrat și poate încărca la un curent de 1A și o tensiune de 4.1-4.2V; acest model are protecție la supraîncărcarea și descărcarea excesivă a acumulatorului litiu-ion. Modulul are și borne pentru o sursă alternativă de alimentare la intrare (în cazul meu, de la panoul solar).

Deoarece nu intenționam să construiesc un dispozitiv care să funcționeze cu mai mult de un acumulator, nu aveam nevoie de o putere mare de încărcare sau de o tensiune ridicată, deși există module de încărcare și module coborâtoare de tensiune pentru tensiuni mai mari.

Prețul modulului TP4056: 2 USD pentru 5 bucăți

Modul ridicător de tensiune la 5V (Step-up / boost module) (M2).

Un astfel de modul este necesar deoarece modulul de încărcare a acumulatorului transmite tensiunea acumulatorului conectat, adică 3.7-4.2V, iar pentru alimentarea Arduino și a celorlalte componente electronice am nevoie de o tensiune stabilă de 5V.

Am ales un modul ridicător de tensiune Wavgat compact și eficient, care suportă un curent de 1-1.5A.

Preț: 1.1 USD

Conectori de alimentare (J1-J3, JP1, JP2).

În proiect am folosit 3 conectori cu câte două contacte pentru montare pe plăci de circuit imprimat

- (J1) pentru conectarea acumulatorilor cu fire sau a unui acumulator de tip 18650, montat într-un suport pentru baterii.

- (J2) pentru conectarea panoului solar (am preferat un conector în locul lipirii pentru a ușura demontarea dispozitivului).

- (J3) pentru a duce tensiunea de 5V de la modulul ridicător la placa de test fără lipire.

Pentru conectarea acumulatorilor de telefoane mobile a fost necesar un conector identic cu cel din telefoanele mobile (JP1, JP2). În schemă, pentru a o face mai ușor de citit, conectorul unic cu 4 contacte este împărțit în doi conectori separați. Aveam trei acumulatori diferiți: unul cu 3 contacte și doi cu 4 contacte, iar pozițiile contactelor + și - erau și ele diferite. În cele din urmă, am dezlipit un conector cu 4 contacte dintr-un telefon vechi folosit pentru piese, iar acest conector putea fi utilizat pentru toți acumulatorii mei. Astfel de conectori se pot cumpăra și de pe AliExpress. Problema pozițiilor diferite ale contactelor de alimentare și de masă a fost rezolvată cu ajutorul comutatoarelor (vezi mai jos).

Preț pentru conectori pentru plăci de circuit imprimat: 1 USD pentru 20 de bucăți

Preț pentru suport pentru acumulator 18650: 1 USD pentru 1 bucată

Comutatoare (S1-S4).

În proiect sunt utilizate 4 comutatoare glisante cu trei contacte, pentru montare pe plăci de circuit imprimat.

Două dintre ele sunt folosite pentru selectarea contactelor acumulatorului de telefon mobil, unul (S1) pentru prima pereche de contacte (minus), celălalt (S2) pentru a doua pereche (plus).

Al treilea comutator (S3) este utilizat pentru conectarea sursei alternative de alimentare la modulul de încărcare (panoul solar).

Al patrulea comutator (S4) este utilizat pentru pornirea modulului ridicător de tensiune la 5V. Comutatorul permite economisirea energiei prin oprirea modulului ridicător atunci când nu este necesar, de exemplu, în timpul încărcării acumulatorului sau al depozitării dispozitivului.

Preț pentru comutatoare: 1 USD pentru 20 de bucăți

Voltmetru (M3) și buton (S5)

Voltmetrele de acest tip pot avea două sau trei fire. Voltmetrul cu două fire se alimentează de la același circuit a cărui tensiune o măsoară; aceasta este varianta reprezentată în schemă. Modulul cu trei fire are o alimentare separată și se conectează separat la circuitul măsurat, ceea ce permite măsurarea unor tensiuni în afara intervalului de alimentare al modulului.

Afișajul voltmetrului are trei cifre și este disponibil în patru culori.

Butonul (S5) a fost adăugat pentru a economisi energia consumată de voltmetru (M3), astfel încât acesta să fie pornit doar atunci când este necesar.

Preț pentru voltmetru: 2 USD pentru o bucată

Preț pentru buton: 2 USD pentru 30 de bucăți

Placă de circuit imprimat.

În proiect sunt utilizate trei plăci de circuit imprimat pentru prototipuri. Două de 50x70mm servesc drept pereți verticali, iar una de 70x90mm servește drept podea.

Toate elementele dispozitivului au fost lipite pe plăcile de circuit imprimat laterale.

Plăcile de circuit imprimat pot fi fixate ușor între ele cu ajutorul firelor monofilare de 0.5mm.

Preț pentru plăci de circuit imprimat pentru prototipuri 5x7: 2.5 USD pentru 10 bucăți

Preț pentru plăci de circuit imprimat pentru prototipuri 7x9: 1.6 USD pentru 5 bucăți

Placă de test fără lipire

O placă de test fără lipire de dimensiune înjumătățită este utilizată pentru montarea componentelor electronice suplimentare, de exemplu, a unui microcontroler Arduino și a diferiților senzori. Alimentarea și masa sunt aduse la barele de alimentare ale plăcii de test prin fire conectate la conectorul (J3).

Preț pentru placă de test fără lipire de dimensiune înjumătățită: 1.5 USD pentru 1 bucată

Conectori folosiți ca distanțiere

Am montat 4 conectori cu câte doi pini pe una dintre plăcile de circuit imprimat laterale, ca distanțiere, pentru a reduce jocul dispozitivului în interiorul carcasei. Sunt complet opționali.

Preț pentru conectori folosiți ca distanțiere: 2 USD pentru 30 de bucăți cu câte 40 de conectori

 

Costul total al componentelor

Costul tuturor componentelor proiectului, fără unelte și consumabile (flux, aliaj de lipit, fire), a fost de 13 USD, iar dacă exclud placa de test fără lipire, de 11.5 USD.

Puteți găsi toate componentele menționate în acest document Google​​​