Pintilie Florin 1 Pintilie Florin- 5EL anno scolastico 2011/2012

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1 Pintilie Florin 1

2 Indice: Schema a blocchi Pag. 3 Obiettivo Pag. 4 Prime operazioni(regolatore di carica) Pag. 5 Circuito stampato pag. 7 Elenco componenti Pag. 8 Elenco strumenti attrezzature Pag. 10 Schema elettrico Pag. 11 Regolatore di tensione (procedimento) Pag. 12 Conclusioni Pag. 14 FT218 voltmetro digitale a cristalli liquidi pag.15 Allegati: Datasheet di componenti elettronici Video della realizzazione del dispositivo 2

3 Schema a blocchi Pannello solare 12 V Batteria esterna (12 V 51 Ah) collegata in parallelo con dei connettori banana e dei diodi Regolatore di carica Contatore a relè (verifica quando la batteria è scarica) Batteria 12 V 2Ah Carico (output 12 V) Voltmetro con alimentazione con la sua alimentazione a parte (6V 4600 ma) Regolatore di tensione(12v-5vcc) 2 USB (per ricaricare il cellulare o mp3) Connettore 12 V auto (per ricaricare il computer o un altro dispositivo simile ad esempio un mini frigo per l auto) 3

4 Obbiettivo Il mio progetto è stato realizzato grazie alla rivista Futura Elettronica che aveva come kit di montaggio il regolatore di carica. Questo regolatore di carica serve per usare dei dispositivi elettronici (max 12V) usando l energia solare generata da un pannello fotovoltaico. Quando si usa un piccolo pannello solare con Potenza di picco di pochi Watt non si riesce a fornire una corrente sufficiente per alimentare i dispositivi che richiedono correnti elevate. Le possibili soluzioni sono due: - aumentiamo il numero di pannelli solari e li mettiamo in parallelo in modo da avere un aumento di corrente; - il regolatore di carica viene collegato ad alcune batterie usate come accumulatore di energia; il regolatore di carica permette di non sovraccaricare la batteria. Nel mio progetto ho deciso di mettere delle batterie che mi permettessero di ricaricare un cellulare o un mp3-mp4 attraverso due porte USB e anche una presa accendisigari 12V per poter ricaricare un computer portatile, ascoltare la radio durante un picnic o accendere un mini frigo per auto. Durante questa fase c è stato un piccolo problema perché il pannello fotovoltaico che avevo non mi forniva abbastanza corrente, quindi le batterie impiegavano troppo tempo a ricaricarsi. Ho dunque deciso di mettere delle batterie esterne in parallelo a quelle interne usando dei connettori banana e dei diodi di protezione; le batterie esterne hanno una tensione di 12V in continua e una corrente di 51 Ah: con questo elevato valore di capacità, una volta caricate completamente le batterie ci mettono di più a scaricarsi anche se il carico assorbe molta corrente. 4

5 Regolatore di carica La progettazione del regolatore di carica per pannelli fotovoltaici si suddivide in diverse fasi: 1. La prima fase consiste nella ricerca di file tra cui i componenti e lo schema elettrico che ho trovato sul sito di futura elettronica. 2. La seconda fase è quella dell acquisto dei materiali e dei componenti. 3. La progettazione con Kicad: prendendo spunto dallo schema elettronico di futura elettronica ho rifatto il progetto con Kicad (programma gratuito) che mi ha permesso di creare il circuito stampato e di avere una visualizzazione 3D del progetto in anteprima. Ho disegnato lo schema e ho assegnato ad ogni componente il suo valore. Dopo il primo passaggio bisognava creare una net list che mi ha permesso di dare una forma e una dimensione ai miei componenti. 4. Salvata la net list ho iniziato il quarto passaggio quello del disegno della pista di rame. Questo programma ti dà un aiuto, ma essendo gratuito ed io inesperto nell utilizzarlo, ho deciso di disegnare le piste come se stessi usando paint. Dopo aver unito tutti i componenti con le piste ho controllato pezzo dopo pezzo per essere sicuro di aver fatto tutto giusto,in questo passo Kicad mi ha dato una mano offrendomi la possibilità di guardare il mio progetto in 3D. L ultimo procedimento della fase numero 4 è stata la stampa sulla carta normale e successivamente sulla carta blu (utilizzata successivamente per realizzare il circuito stampato) con la stampante laser-jet. 5. Circuito stampato, in questa fase per fare il circuito stampato ho usato la basetta di rame,l acido ferrico 40%,guanti, bacinella di plastica, carta blu, stampante laser jet, taglierino, seghetto, acqua ragia, limone, carta vetro, indelebile, ferro da stiro. In questa fase ci sono stati dei problemi: 5

6 siccome è il primo progetto che stampo, ho sciolto la carta blu col ferro da stiro e una buona parte delle piste sono venute male. Con l aiuto di un righello e di un indelebile ho sistemato tutto, togliendo anche l inchiostro in eccesso. Dopo di che ho messo la basetta di rame nell acido aspettando che esso togliesse la parte di rame non ricoperta dall indelebile e dal toner. 6. Taglio e assemblaggio scatola di plexiglass. Il plexiglass è un materiale che per me è stato difficile lavorare, quindi questo passaggio è durato un po più degli altri. Usando dei pezzi di plexiglass spessi 1 cm ho preso le misure e ho disegnato le forme con l indelebile che in seguito ho tagliato con diversi attrezzi: seghetto alternativo, seghetto a mano; il lavoro non veniva per niente bene perché il plexiglass arrivato a una certa temperatura si scioglieva e perdeva la sua trasparenza, allora ho usato 2 tipi di flessibili uno abbastanza grande per tagliare il plexiglass e un altro per scartavetrare e rimodellare i lati della scatola. 7. Montaggio dei diversi componenti e della scatola (foratura, saldatura). 8. Collaudo del dispositivo terminato. 6

7 Circuito stampato Fase di verifica del posizionamento dei componenti: 7

8 Componenti Contenitore per illuminare la scatola ho usato 16 LED super luminosi blu 4 resistenze da 100 ohm 5 interruttori Circuito regolatore: R1=10 Ω R2=4.7KΩ R3=22 KΩ R4=100 KΩ R5=100 KΩ R6=100 KΩ R7=100 KΩ R8=27 KΩ R9=27 KΩ R10=470 KΩ trimmer R11=2.2MΩ R12=10KΩ R13=27KΩ R14=470KΩ trimmer R15=39KΩ R16=100KΩ R17=10Ω R18=4.7KΩ C1=1.000pF ceramic C2=2.2 uf 50V elett C3=100 nf multistrato 8

9 C4=2.2 uf 50 V elett C5= 1.000uF 25 V elett C6= 22uF 50 V elett D1=BYW80 D2=BYW80 DZ1=9.1V 0.5 W DZ2=5.6V 0.5W LD1=Led verde 5mm LD2=Led rosso 5mm T1=BUZ11 T2=STH75N06 T3=BC547B U1=LM324 Materiali regolatore di tensione: 1x Trasformatore 220V/12V 8,5VA 1x 78M05 (Regolatore di tensione) 4x Diodi 1N4004/1N4007/1N4148 1x Condensatore 1000µF 25V 1x Condensatore 220nF 1x Condensatore 100nF 1x Condensatore 22µF 16V 1x Resistenza 330Ω 1x LED Verde 9

10 Strumenti- attrezzi usati: generatore di funzioni multimetro oscilloscopio saldatore stagno guaina termo restringente flessibile cartavetro silicone colla a caldo trapano lima quadrata seghetto alternativo (righello, squadretta, metro) Indelebile Diluente (per pulire il plexiglass) 10

11 Schema elettrico regolatore di carica: Schema elettrico regolatore di tensione 11

12 Regolatore di tensione (Alimentatore stabilizzato 5V) Procedimento Il circuito è stato montato e testato prima su bread-board (prima con il generatore di funzioni, onda sinusoidale f = 50Hz, e poi con trasformatore) e successivamente montato e testato su basetta millefori con le stesse modalità del precedente. Il segnale sinusoidale proveniente dalla rete di distribuzione elettrica con V eff = 220V, viene abbassato tramite il trasformatore a V eff = 12V. Tale segnale viene raddrizzato tramite ponte diodi e successivamente livellato tramite C1, che rappresenta la capacità di filtro dell alimentatore; se quest ultimo è posto a più di 5cm dal regolatore, è necessario inserire il condensatore ceramico C2 di alcune centinaia di nf. C4 migliora la risposta ai transienti e di solito è dell ordine di alcune decine di µf, mentre C3 elimina i disturbi in alta frequenza. Per ottenere un indicazione visiva del corretto funzionamento dell alimentatore abbiamo posto in parallelo all uscita un LED con la relativa resistenza di protezione calcolata di seguito: = = =300Ω 12

13 Come valore commerciale più vicino a quello calcolato è stato scelto 330Ω. V O = 4,97V (misurati con il solo carico del LED) Forma d onda in ingresso al ponte diodi Forma d onda in ingresso alla capacità di filtro dell alimentatore Forma d onda in ingresso al regolatore di tensione 13

14 Forma d onda in uscita dal regolatore di tensione Conclusioni: Si può notare, nell ultima immagine, la funzione del regolatore di tensione che, con una certa tensione minima di lavoro in ingresso che varia a seconda del regolatore, stabilizza una tensione non regolare in ingresso rendendola continua. Sono riuscito a concludere il progetto nonostante vari problemi durante la realizzazione. Questo progetto mi ha permesso di capire come poter realizzare un dispositivo elettronico. 14

15 FT218 voltmetro digitale a cristalli liquidi Ho acquistato un voltmetro digitale dalla rivista futura elettronica, questo dispositivo era in kit di montaggio in poche parole nella scatola c erano tutti i componenti l operazione che ho eseguito è stata quella della saldatura e dell assemblaggio. quest operazione non è stata per niente difficile il problema c è stato solo nel posizionare il condensatore rosso da 470 nf perché il condensatore aveva i piedini corti e i buchi sulla basetta ramata erano vicini tra loro e non entrava nei reofori(buchi) in poche parole il le dimensioni del condensatore non erano molto adeguate Componenti: R1=1Mohm;R2=10kohm;R3=1Kohm; R4=22Kohm; R6=47Kohm; R7=303 Kohm;R8=330Kohm; C1=10nF ceramico ; C2=100nF multistrato ; C3=100pF ceramico; C4=220 nf poliestere; C5=470 nf poliestere; C6=47 uf 16VL elettr; U1=ICL7106; DIS1:Display LCD Collaudo: ho controllato se il + e il- dell alimentazione fosse collegato nel modo giusto, alimentato il dispositivo mi è comparso sul display dei numeri e il segno meno sul display lampeggiava per tarare il dispositivo ho dovuto collegare una fonte di tensione continua sui puntali del voltmetro ad esempio 12 V sul display mi dava 15 V quindi ho girato il mio potenziometro (R3) in senso orario o anti orario fino ad ottenere sul display la stesso valore di tensione dell IN+e -. 15