Mikrodenetleyiciler (Arduino vb.) için evrensel güç kaynağı

Projede kullanılan bileşenler

 

Kullanılan tüm bileşenler (kutu, baskılı devre kartları, kablolar ve tampon görevi gören pin konnektörleri hariç), aşağıdaki açıklamalarla kolayca eşleştirilebilmeleri için şemalarda gösterilmiş ve etiketlenmiştir. Her bileşenin etiketi parantez içinde verilmiştir (kırmızı renkle).

Kutu.

3D yazıcım olmadığı için bu projeye özel bir kutu üretemedim. Bu yüzden ev gereçleri satan bir mağazadan uygun boyutta, kapağı sıkıca kapanan yarı saydam bir plastik kutu aldım. Yarı saydam kutu, LED ışıklarını görmemi sağlıyor.

Fiyatı 2 USD.

Güneş paneli (D1).

Elimde farklı boyut ve güçlerde birkaç güneş paneli vardı. Tercihim 110x60mm boyutlarında küçük bir panel oldu, 5V, 1W. Bunlar belirtilen maksimum değerler; pratikte bunlara ulaşmak neredeyse imkansız: parlak, güneşli bir ilkbahar gününde yaklaşık 150mA elde ettim. Panelin boyutları kutunun kapağına monte etmek için uygundu.

Fiyatı: 2 USD.

Schottky diyot (D2)

Güneş paneline ters akımı önlemek için en uygun seçim Schottky diyottur, çünkü devredeki gerilim düşüktür ve bu diyotların ileri yöndeki gerilim düşümü (0.3-0.5V), yaklaşık 0.8-1V gerilim düşümü olan 1N4007 gibi sıradan diyotlara kıyasla çok daha azdır. Elimde yalnızca çok yüksek güçlü bir 1N5825 diyot (40V, 5A) vardı, ancak bu proje için daha basit bir 1N5817 diyot (20V, 1A) da uygun olurdu. Üstelik onun gerilim düşümü daha da düşüktür; bu da düşük gerilimli bir güneş paneliyle çalışırken özellikle önemlidir.

Fiyatı 1N5817: 50 adet için 4.5 USD

Pil şarj modülü (BMS) (M1).

Kullandığım modül TP4056, üzerinde micro-USB soketi bulunan, 1A akım ve 4.1-4.2V gerilimle şarj edebilen bir model; lityum iyon pili aşırı şarja ve aşırı deşarja karşı koruyor. Modülde ayrıca alternatif güç girişi için terminaller bulunuyor (benim durumumda güneş paneli için).

Cihazı birden fazla pille çalışacak şekilde tasarlamadığım için yüksek şarj gücüne veya gerilimine ihtiyacım yoktu. Bununla birlikte, daha yüksek gerilimler için şarj modülleri ve gerilim düşürücü modüller de bulunuyor.

Fiyatı verilen TP4056 modülü: 5 adet için 2 USD

5V gerilim yükseltici modül (Step-up / boost module) (M2).

Böyle bir modül gerekli, çünkü pil şarj modülü bağlı pilin gerilimini, yani 3.7-4.2V değerini çıkışa aktarıyor; Arduino ve diğer elektronik devreleri beslemek için ise sabit 5V gerekiyor.

Kompakt ve verimli Wavgat yükseltici modülünü seçtim; bu modül 1-1.5A akımı destekler.

Fiyatı: 1.1 USD

Güç konnektörleri (J1-J3, JP1, JP2).

Projede PCB üzerine takılan 3 adet iki kutuplu konnektör kullandım

- (J1) kablolu pilleri veya pil yuvasına yerleştirilmiş bir 18650 pili bağlamak için.

- (J2) güneş panelini bağlamak için (cihazın kolayca sökülebilmesi için lehim yerine konnektörü tercih ettim).

- (J3) yükseltici modülden breadboard'a 5V aktarmak için.

Cep telefonu pillerini bağlamak için cep telefonlarında kullanılanla tam olarak aynı konnektör gerekiyordu (JP1, JP2). Şemayı daha kolay okumak için 4 kontaklı tek konnektör, iki ayrı konnektör olarak gösterildi. Elimde üç farklı pil vardı: biri 3 kontaklı, diğer ikisi 4 kontaklıydı; ayrıca + ve - kontaklarının konumları da farklıydı. Sonuç olarak, eski bir telefondan 4 kontaklı bir konnektörü lehimini sökerek çıkardım ve bu konnektörü tüm pillerim için kullanabildim. Bu konnektörler AliExpress'ten de satın alınabilir. Güç ve toprak kontaklarının farklı konumlarda olması sorununu anahtarlarla çözdüm (aşağıya bakın).

PCB üzerine takılan konnektörlerin fiyatı: 20 adet için 1 USD

PCB üzerine takılan 18650 pil yuvası: 1 adet için 1 USD

Anahtarlar (S1-S4).

Projede PCB üzerine monte edilen, üç kontaklı 4 sürgülü anahtar kullanıyorum.

Bunlardan ikisi cep telefonu pilinin kontaklarını seçmek için kullanılıyor; biri (S1) ilk kontak çifti (eksi) için, diğeri (S2) ikinci çift (artı) için.

Üçüncü anahtar (S3) şarj modülüne alternatif güç kaynağını (güneş paneli) bağlamak için kullanılıyor.

Dördüncü anahtar (S4) 5V yükseltici modülü açmak için kullanılıyor. Anahtar, yükseltici modül gerekmediğinde, örneğin pil şarj edilirken veya cihaz depolanırken, modülü kapatarak enerji tasarrufu sağlıyor.

PCB üzerine takılan anahtarlar: 20 adet için 1 USD

Voltmetre (M3) ve buton (S5)

Bu tip voltmetrelerin iki ve üç kablolu modelleri bulunur. İki kablolu voltmetre, beslendiği devrenin gerilimini ölçer; şemada gösterilen model de budur. Üç kablolu modül ayrı bir kaynaktan beslenir ve ölçüm yapılacak devreye ayrı olarak bağlanır. Bu sayede modülün kendi besleme gerilimi aralığının dışındaki gerilimler de ölçülebilir.

Voltmetrenin ekranı üç hanelidir ve dört renk seçeneği vardır.

Buton (S5) voltmetrenin (M3) tükettiği enerjiden tasarruf etmek ve onu yalnızca gerektiğinde açmak için eklendi.

PCB üzerine takılan voltmetre: adet başına 2 USD

PCB üzerine takılan buton: 30 adet için 2 USD

Baskılı devre kartı.

Projede üç delikli prototip PCB kullanıyorum. Dikey duvarlar için iki adet 50x70mm kart, "zemin" için ise bir adet 70x90mm kart.

Cihazın tüm bileşenlerini yanlardaki PCB'lere lehimledim.

PCB'leri birbirine tutturmak için 0.5mm tek damarlı teller kullanmak pratik bir çözüm.

PCB üzerine takılan 5x7 delikli prototip PCB'ler: 10 adet için 2.5 USD

PCB üzerine takılan 7x9 delikli prototip PCB'ler: 5 adet için 1.6 USD

Breadboard

Yarım boy breadboard, Arduino mikrodenetleyici ve çeşitli sensörler gibi ek elektronik bileşenleri yerleştirmek için kullanılıyor. Besleme ve toprak bağlantılarını breadboard'un güç hatlarına, şu konnektöre bağlı kablolarla aktarıyorum (J3).

PCB üzerine takılan yarım boy breadboard: 1 adet için 1.5 USD

Tampon görevi gören pin konnektörleri

Cihazın kutu içindeki boşluğunu azaltmak için yan PCB'lerden birine tampon görevi gören 4 adet çift pinli konnektör yerleştirdim. Tamamen isteğe bağlı bir parça.

PCB üzerine takılan tampon görevi gören pin konnektörleri: her biri 40 konnektör içeren 30 adet için 2 USD

 

Bileşenlerin toplam maliyeti

Aletler ve sarf malzemeleri (akı, lehim, kablolar) hariç, projedeki tüm bileşenlerin toplam maliyeti 13 USD, breadboard'u hariç tuttuğumda ise 11.5 USD.

Belirttiğim tüm bileşenleri bu Google dokümanında bulabilirsiniz​​​