Universell strömförsörjning för mikrokontroller (Arduino m.fl.)

Komponenter som används i projektet

 

Alla komponenter som används (utom kapslingen, experimentkorten, ledningarna och stiftlisterna som används som avståndshållare) visas i kopplingsschemana och har beteckningar som gör det lätt att jämföra med beskrivningen nedan. Varje komponents beteckning anges inom parentes (i rött).

Kapsling.

Eftersom jag inte har någon 3D-skrivare kunde jag inte tillverka en kapsling speciellt för det här projektet. Därför köpte jag en halvgenomskinlig plastlåda i lämplig storlek med ett lock som snäpper fast ordentligt i en butik för hemartiklar. Den halvgenomskinliga kapslingen gör att lysdiodernas sken syns.

Pris 2 USD.

Solpanel (D1).

Jag hade flera solpaneler med olika storlek och effekt. Jag valde en liten panel på 110x60mm, 5V, 1W. Det är det angivna maximivärdet, som i praktiken nästan är omöjligt att uppnå: en solig vårdag med starkt solljus fick jag ungefär 150mA. Panelens mått passade bra för montering på kapslingens lock.

Pris: 2 USD.

Schottkydiod (D2)

För att förhindra backström till solpanelen passar en Schottkydiod bäst, eftersom spänningen är låg i kretsen och sådana dioder har ett betydligt lägre framspänningsfall (0.3-0.5V) än vanliga dioder av typen 1N4007, där spänningsfallet är ungefär 0.8-1V. Jag hade bara en mycket kraftig diod, 1N5825 (40V, 5A), men för det här projektet skulle en enklare diod, 1N5817 (20V, 1A), kunna passa. Den har dessutom ett ännu lägre framspänningsfall, vilket är särskilt viktigt vid användning av en solpanel med låg spänning.

Pris 1N5817: 4.5 USD för 50 stycken

Batteriladdningsmodul (BMS) (M1).

Jag använde en modul TP4056, som har en micro-USB-kontakt och kan ladda med en ström på 1A och en spänning på 4.1-4.2V. Modellen har skydd mot överladdning och djupurladdning av litiumjonbatteriet. Modulen har även anslutningar för alternativ strömförsörjning (i mitt fall från solpanelen).

Eftersom jag inte planerade att bygga enheten för användning med mer än ett batteri behövdes ingen hög laddningseffekt eller spänning, även om det finns laddningsmoduler och spänningssänkande moduler för högre spänningar.

Pris för TP4056-modulen: 2 USD för 5 stycken

Spänningshöjande modul för 5V (Step-up / boost module) (M2).

En sådan modul behövs eftersom batteriladdningsmodulen lämnar samma spänning som det anslutna batteriet, alltså 3.7-4.2V, medan jag behöver stabila 5V för att driva Arduino och annan elektronik.

Jag valde en kompakt och effektiv spänningshöjande modul från Wavgat som stöder en ström på 1-1.5A.

Pris: 1.1 USD

Strömkontakter (J1-J3, JP1, JP2).

I projektet används 3 tvåpoliga kontakter för kretskortsmontering

- (J1) för anslutning av batterier med ledningar eller ett batteri av typen 18650 i en batterihållare.

- (J2) för anslutning av solpanelen (jag föredrog en kontakt framför lödning för att underlätta demontering av enheten).

- (J3) för att leda 5V från den spänningshöjande modulen till kopplingsplattan.

För att ansluta mobiltelefonbatterier behövdes en likadan kontakt som i mobiltelefoner (JP1, JP2). För att göra kopplingsschemat lättare att läsa är den gemensamma 4-poliga kontakten uppdelad i två separata kontakter. Jag hade tre olika batterier: ett med 3 kontakter och två med 4 kontakter. Även placeringen av + och - var olika. Därför lödde jag loss en 4-polig kontakt från en gammal telefon, och den kunde användas till alla mina batterier. Sådana kontakter går även att köpa på AliExpress. Problemet med olika placering av ström- och jordkontakterna löstes med omkopplare (se nedan).

Pris för kontakter för kretskortsmontering: 1 USD för 20 stycken

Pris för batterihållare för 18650: 1 USD för 1 styck

Omkopplare (S1-S4).

I projektet används 4 skjutomkopplare med tre anslutningar för kretskortsmontering.

Två av dem används för att välja kontakter på mobiltelefonbatteriet, en (S1) för det första kontaktparet (minus), den andra (S2) för det andra paret (plus).

Den tredje omkopplaren (S3) används för att ansluta alternativ strömförsörjning till laddningsmodulen (solpanel).

Den fjärde omkopplaren (S4) används för att slå på den spänningshöjande modulen för 5V. Omkopplaren gör det möjligt att spara energi genom att stänga av den spänningshöjande modulen när den inte behövs, till exempel vid laddning av batteriet eller förvaring av enheten.

Pris för omkopplare: 1 USD för 20 stycken

Voltmeter (M3) och tryckknapp (S5)

Voltmetrar av den här typen finns med två eller tre ledningar. En voltmeter med två ledningar får ström från samma krets vars spänning den mäter. Det är den varianten som visas i kopplingsschemat. En modul med tre ledningar har separat strömförsörjning och ansluts separat till den krets som ska mätas. Det gör det möjligt att mäta spänningar utanför modulens eget matningsspänningsområde.

Voltmeterns display har tre siffror och finns i fyra färger.

Tryckknappen (S5) lades till för att spara den energi som voltmetern förbrukar (M3), så att den bara slås på vid behov.

Pris för voltmeter: 2 USD per styck

Pris för tryckknapp: 2 USD för 30 stycken

Experimentkort.

I projektet används tre experimentkort. Två på 50x70mm som vertikala väggar och ett på 70x90mm som "golv".

Alla delar av enheten löddes fast på experimentkorten på sidorna.

Experimentkorten kan enkelt fästas i varandra med entrådiga ledningar på 0.5mm.

Pris för experimentkort 5x7: 2.5 USD för 10 stycken

Pris för experimentkort 7x9: 1.6 USD för 5 stycken

Kopplingsplatta

En kopplingsplatta i halvstorlek används för ytterligare elektronikkomponenter, till exempel en Arduino-mikrokontroller och olika sensorer. Ström och jord leds till kopplingsplattans matningsskenor via ledningar som är anslutna till kontakten (J3).

Pris för kopplingsplatta i halvstorlek: 1.5 USD för 1 styck

Stiftlister som avståndshållare

Jag monterade 4 tvåpoliga stiftlister på ett av experimentkorten på sidorna som avståndshållare för att minska enhetens glapp inne i kapslingen. Det är helt valfritt.

Pris för stiftlister som avståndshållare: 2 USD för 30 stycken med 40 stift vardera

 

Total komponentkostnad

Kostnaden för alla komponenter i projektet, utan verktyg och förbrukningsmaterial (flussmedel, lödtenn, ledningar), blev 13 USD, utan kopplingsplattan blir den 11.5 USD.

Alla nämnda komponenter hittar du i det här Google-dokumentet​​​