Carte d'expérimentation MYSENSORS

Carte d'expérimentation MYSENSORS

D'habitude lorsque j'ai besoin de développer un nouveau capteur MYSENSORS je fais d'abord une expérimentation sur breadboard.

J'enfiche Un ARDUINO MINI, un NRF24L01 sur un adaptateur, un régulateur 3.3V et quelques condensateurs.

Mais c'est un peut frustrant de recommencer à chaque fois la même opération fastidieuse de connexion entre ces composants.
L'idéal serait de pouvoir disposer d'une carte toute faite regroupant tout le nécessaire une bonne fois pour toutes.

1. Les fonctionnalités

La carte en question devrait idéalement regrouper :

• un ARDUINO PRO MINI
• un module NRF24L01
• une batterie lithium-ion
• un régulateur 3.3V
• des connecteurs de reprise des broches de l'ARDUINO
• des connecteurs d'alimentation
• un connecteur de mesure de consommation

Le but de cette carte est de développer principalement des applications sur batterie mais un connecteur d'alimentation externe est prévu.
On peut y brancher une autre batterie ou une alimentation régulée.

Le régulateur utilisé est un LM2936-3.3. Sa tension de dropout est de seulement 200mV. C'est important dans le cas d'une alimentation par batterie NI-MH en 3.6V ou lithium-ion en 3.7V.

Il délivre 50mA. Cela peut paraître peu mais suffit amplement pour la majeure partie des application.

La puissance maximale dissipée par le régulateur est de 700mW.
Le courant maximal disponible sur la ligne 3.3V dépendra de la tension d'alimentation en entrée.

Pour une batterie lithium-ion à pleine charge, donc 4.2V :
Pmax = Imax * (Vin - Vout) = 0.05 * (4.2 - 3.3) = 45mW
Pour une alimentation en 12V :
Pmax = Imax * (Vin - Vout) = 0.05 * (12 - 3.3) = 435mW

Dans les deux cas, les 700mW ne sont pas dépassés.

2. Régulateurs

Il est bien entendu possible de remplacer ce régulateur par un modèle plus approprié à vos applications.Attention au brochage le pinout du LM2936 est le suivant :

• 1: OUT
• 2: GROUND
• 3: IN

La tension d'une batterie lithium-ion chute à 3.7V lorsque sa capacité restante est de 55%.
Avec un LM2936 cette tension pourra descendre à 3.5V, ce qui correspond à une capacité restante de 30%.

Le LP2950 peut être une bonne alternative, mais sa tension de dropout est un peu trop importante.

En modifiant le schéma et le routage vous pourrez adapter d'autres régulateurs :
Pour vous aider dans votre choix, voici une liste de régulateurs que vous pourrez utiliser :
https://riton-duino.blogspot.com/2018/11/les-regulateurs-ldo.html

3. Le matériel

Pour réaliser cette carte, il faut réunir le matériel suivant :

• un ARDUINO PRO MINI 8Mhz 3.3V
• un module radio NRF24L01
• un régulateur LM2936-3.3V
• quatre connecteurs femelle 2.54 12 broches
• un connecteur femelle 2.54 4 broches
• deux connecteurs femelle 2.54 8 broches
• un connecteur mâle 2.54 2 broches
• 1 connecteur NS25-W2P
• un support de batterie lithium-ion 18650

Vous pouvez trouver tous ces composants facilement chez les revendeurs classiques ou vous inspirer de leurs caractéristique pour trouver des équivalents sur les sites chinois.
J'ai par exemple trouvé des connecteurs identiques aux NS25 sur AliExpress, où ils s'appellent KF2510.

4. Le schéma

Le schéma est réalisé à l'aide de KICAD.

Pour récupérer le projet voir plus bas :  9. Téléchargements.

5. Connexions

Le NRF24L01 est connecté à l'ARDUINO comme suit :

NRF24L01	PIN	ARDUINO PRO MINI
3	CE	D7
4	CSN	D8
5	SCK	D13
6	MOSI	D11
7	MISO	D12
8	IRQ	D2

Dans le sketch, il faudra définir CS et CSN comme suit:

#define MY_RF24_CE_PIN 7
#define MY_RF24_CS_PIN 8

6. Photos

Voici une image de la carte :

7. Utilisation

Le connecteur sur lequel est placé un cavalier bleu à côté de la batterie a deux fonctions :

• connecter et déconnecter la batterie à l'aide du cavalier
• mesurer la consommation du montage à l'aide d'un multimètre

Un petit câble de mesure maison

La consommation d'un montage dépend du matériel utilisé mais également du logiciel. Par exemple :

NŒUD	Consommation	Remarques
Répéteur	20mA	Il est toujours en réception, jamais en veille.
Capteur de température DS18B20	20µA	Il est en sommeil permanent et envoie périodiquement la température mesurée à la passerelle.

Si le sujet basse consommation vous intéresse, voyez ICI.

Sous le cavalier bleu se trouve le connecteur d'alimentation externe. Si vous branchez dessus une alimentation 5V à 24V ou une batterie NI-MH, il vous faudra retirer la batterie lithium-ion.

En bas à droite, un connecteur fournissant 8 masses.
En bas à gauche, un connecteur fournissant des alimentations

• 4 pins de droite : tension batterie ou externe
• 4 pins de gauche : 3.3V

En haut, de part et d'autre de l'ARDUINO, deux connecteurs 12 points fournissent un accès aux pins de l'ARDUINO.
Tout en haut un connecteur 4 points fournit un accès aux pins A6, A7, A4 et A5 de l'ARDUINO.

8. La sécurité

Le courant disponible sur la ligne VCC dépend totalement de la source de tension utilisée.
ATTENTION, une batterie lithium-ion peut délivrer des courants importants. Certaines d'entre elles peuvent délivrer 20A ou plus.
Il est très facile de faire fondre des fils de connexion ou les pistes de la carte en cas de court-circuit.
Je vous conseille d'utiliser une alimentation externe limitée en courant dans un premier temps, et de remplacer par la batterie une fois que vous êtes sûr que votre câblage est correct.

9. Téléchargements

Pour télécharger le projet : https://bitbucket.org/henri_bachetti/mysensors-experimentation-board.git
 
Cette page vous donne toutes les informations nécessaires :
https://riton-duino.blogspot.com/p/migration-sous-bitbucket.html

10. Références

LM2936 : http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2936.pdf
NRF24L01 : http://www.nordicsemi.com/eng/Products/2.4GHz-RF/nRF24L01
Basse consommation : https://riton-duino.blogspot.fr/2018/02/arduino-pro-mini-basse-consommation.html
 

11. Mises à jour

20/04 : Régulateurs - ajout du régulateur 7133-1
24/04 : Régulateurs - ajout du régulateur 7533-1
04/05 : Régulateurs - ajout du régulateur 7333-1, MIC5205