Универсальный источник питания для микроконтроллеров (Arduino и т. п.)

Компоненты, используемые в проекте

 

Все используемые компоненты (за исключением корпуса, печатных плат, проводов и штыревых коннекторов-бамперов) показаны на схемах и обозначены для удобства сопоставления с описанием ниже. Обозначение каждого компонента указано в скобках (красным цветом).

Корпус.

Поскольку у меня нет 3D-принтера, я не мог изготовить корпус специально для этого проекта. Поэтому я купил в магазине товаров для дома полупрозрачную пластиковую коробку подходящего размера с плотно защёлкивающейся крышкой. Полупрозрачный корпус позволяет видеть свечение светодиодов.

Цена 2 USD.

Солнечная панель (D1).

У меня было несколько солнечных панелей разного размера и мощности. Я выбрал небольшую панель 110x60mm, 5V, 1W. Это заявленный максимум, который на практике почти недостижим: в яркий весенний солнечный день я получил примерно 150mA. По габаритам панель хорошо подходила для установки на крышке корпуса.

Цена: 2 USD.

Диод Шоттки (D2)

Чтобы исключить обратный ток в солнечную панель, лучше всего подходит диод Шоттки, так как в цепи низкое напряжение и такие диоды имеют существенно меньшее падение напряжения (0.3-0.5V), в отличие от обычных диодов типа 1N4007, где падение составляет примерно 0.8-1V. У меня в наличии был только очень мощный диод 1N5825 (40V, 5A), но для данного проекта мог бы подойти диод попроще 1N5817 (20V, 1A), который к тому же имеет ещё меньшее падение напряжения, что особенно важно при работе с низковольтной солнечной панелью.

Цена 1N5817: 4.5 USD за 50 штук

Модуль заряда батареи (BMS) (M1).

Использовал модуль TP4056, имеющий на борту micro-USB разъем и способный заряжать током 1A и напряжением 4.1-4.2V, модель имеет защиту от перезаряда и переразряда литий-ионной батареи. Модуль также имеет клеммы для альтернативного входного питания (в моем случае от солнечной панели).

Так как я не планировал делать прибор для работы с более чем одним аккумулятором, то большие мощности заряда и напряжение не требовались, хотя есть в наличии зарядные модули и понижающие напряжение модули для более высоких напряжений.

Цена модуля TP4056: 2 USD за 5 штук

Модуль повышения напряжения 5V (Step-up / boost module) (M2).

Такой модуль необходим, так как модуль заряда батареи передаёт напряжение подключённого аккумулятора, то есть 3.7-4.2V, а для питания Arduino и другой электроники мне нужны стабильные 5V.

Был выбран компактный и эффективный повышающий модуль Wavgat, поддерживающий ток 1-1.5A.

Цена: 1.1 USD

Коннекторы питания (J1-J3, JP1, JP2).

В проекте использованы двойные коннекторы для печатных плат в количестве 3 штуки

- (J1) для подключения аккумуляторов с проводами или аккумулятора типа 18650, расположенного в батарейном блоке.

- (J2) для подключения солнечной панели (предпочёл коннектор пайке для удобства разборки прибора).

- (J3) для вывода 5V от повышающего модуля на макетную плату.

Для подключения аккумуляторов от мобильных телефонов потребовался точно такой же коннектор, как в мобильных телефонах (JP1, JP2). На схеме, для удобства чтения, единый коннектор на 4 контакта разделен на два отдельных коннектора. У меня в наличии были три разных аккумулятора: один с 3 контактами и два с 4 контактами, причём расположение + и - контактов также было различным. В результате я выпаял коннектор из старого телефона-донора на 4 контакта и этот коннектор мог быть использован для всех моих аккумуляторов. Такие коннекторы также можно купить на AliExpress. Вопрос с различным расположением контактов питания и земли был решен через переключатели (см. ниже).

Цена на коннекторы на печатную плату: 1 USD за 20 штук

Цена на батарейный блок 18650: 1 USD за 1 штуку

Переключатели (S1-S4).

В проекте используются 4 переключателя на три контакта для монтажа на печатную плату.

Два из них используются для выбора контактов аккумулятора от мобильного телефона, один (S1) для первой пары контактов (минус), другой (S2) для второй пары (плюс).

Третий переключатель (S3) используется для подключения альтернативного питания на модуль заряда (солнечная панель).

Четвёртый переключатель (S4) используется для включения повышающего модуля 5V. Переключатель позволяет экономить энергию, отключая повышающий модуль, когда он не нужен, например во время зарядки аккумулятора или хранения устройства.

Цена на переключатели: 1 USD за 20 штук

Вольтметр (M3) и кнопка (S5)

Вольтметры такого типа бывают двух- и трёхпроводными. Двухпроводный вольтметр получает питание и измеряет напряжение одной и той же цепи; именно такой вариант показан на схеме. Трёхпроводный модуль получает отдельное питание и отдельно подключается к измеряемой цепи, что позволяет измерять напряжение за пределами диапазона питания самого модуля.

Дисплей вольтметра трёхразрядный и доступен в четырёх цветах.

Кнопка (S5) была добавлена для экономии энергии, потребляемой вольтметром (M3), чтобы включать его только при необходимости.

Цена на вольтметр: 2 USD за штуку

Цена на кнопку: 2 USD за 30 штук

Печатная плата.

В проекте используются три печатные платы. Две размером 50x70mm в качестве вертикальных стенок и одна 70x90mm в качестве "пола".

К боковым печатным платам припаивались все элементы устройства.

Печатные платы удобно скреплять между собой посредством одножильных проводов 0.5mm.

Цена на печатные платы 5х7: 2.5 USD за 10 штук

Цена на печатные платы 7х9: 1.6 USD за 5 штук

Макетная плата

Макетная плата половинного размера используется для размещения дополнительных электронных компонентов, например микроконтроллера Arduino и различных сенсоров. Питание и заземление выводятся на шины макетной платы через провода, подсоединенные к коннектору (J3).

Цена на макетную плату половинного размера: 1.5 USD за 1 штуку

Коннекторы-бамперы

Я установил 4 двойных штыревых коннектора на одной из боковых печатных плат в качестве бампера, чтобы уменьшить люфт устройства внутри корпуса. Совершенно опциональная вещь.

Цена на коннекторы-бамперы: 2 USD за 30 штук по 40 коннекторов

 

Итого по компонентам

Стоимость всех компонентов проекта без учета инструментов и расходных материалов (флюс, припой, провода) составила 13 USD, если исключить макетную плату, то 11.5 USD.

Все упомянутые компоненты вы можете найти в этом Google-документе​​​