Chargeur par induction
Sommaire
Cahier des charges P14 : Chargeur par induction
Alexandre : Documentez vous sur le wiki afin d'introduire des sections, gérer les listes à puce ... Mise en forme et coquilles à corriger
Présentation du projet
Le but du projet est de réaliser une station de téléphone portable. Cette station comprendra un chargeur par induction permettant de recharger un téléphone portable ( ou une batterie pour les test) sans contact, et une partie bluetooth donnant la possibilité à un utilisateur d'écouter de la musique à partir de son téléphone sur des enceintes.
Mini cahier des charges
Expression fonctionnelle du besoin
Nom: Chargeur par induction
Critères: Charger une batterie sans contact
Contraintes : Distance de charge à prendre en compte (norme Qi prise en compte: 4mm pour puissance inférieur a 5watts), différents types de batteries(NiCd, NiCh, Lion...) , rendement.
Solutions proposées
Réalisation d'un chargeur par induction. Le projet sera découpé en 2 étapes, conception de la partie "émission" et de la partie "réception" d'énergie:
-Emission : création module gérant l'emission d'énergie sous forme d'onde électromagnétique
-reception: réception des ondes et chargement d'une batterie ou branchement direct sur un portable
Schéma de principe d'un chargeur par induction:
Le chargeur diffuse un champ électromagnétique qui est transformé en courant induit grâce à une petite bobine située à l’intérieur de l’appareil à recharger, le courant ainsi créé sert alors à recharger la batterie.
Les différents avantages
- La fin des connectiques complexes :
Le principe du chargeur à induction évite d’avoir à brancher le produit à recharger par des connectiques généralement ressenties comme compliquées par les personnes âgées (les prises
mini-usb par exemple).
- Un usage simplifié et ergonomique :
Pour recharger le produit il suffit juste de le poser sur une surface définie, sur un simple plateau sur sa table de nuit le soir avant de se coucher par exemple.
Découpage du travail
1/ documentation sur les différentes technologies existantes et le principe du transfert d'énergie
2/ Étude d'un schéma electrique répondant à nos différents besoins ( émission + réception)
3/ Réalisation de(s) carte(s)
4/ tests
5/ ajout d'un module bluetooth pour une lecture audio d'une playlist
Schéma d'émission probablement utilisé par la suite:
Avancement du projet
Séances 1,2 et 3
- Recherche et étude de différents schémas électriques
- Nous nous sommes informé sur la technologie de transmission d'énergie sans fil
- Simulation de différents schéma sous psim/altium (difficile à tester car les logiciels ne prennent pas en compte le contact sans fil, et la distance entre les 2 bobines)
Séances 4
- MODIFICATION DU SCHEMA électrique ( sur la base d'un oscillateur de colpits)
- Commande des composants nécessaires à la réalisation du projet
- Nous avons commencé à réfléchir sur la mise en œuvre de la partie bluetooth, nous avons choisi d'utiliser la carte bluetooth suivante:
Description des entrées/sorties de la carte:
1 GND Input/Output To GND
2 GND Input/Output To GND
3 SPKN Output Stereo differential output negative terminal
4 SPKLP Output Stereo left channel differential output positive terminal
5 SPKRP Output Stereo right channel differential output positive terminal
6 GND Input/Output To GND
7 MIC Input MIC input
8 VMIC Output MIC Power
9 BLED Input Working status LED, normally to blue LED
10 CHG Input Lithium battery charging status LED
11 RLED Input charging status, matching status etc, Normally to red LED
12 VBAT Input Lithium battery Positive terminal (to power positive)
13 GND Input/Output To GND
14 GND Input/Output To GND
15 MFB Input On/Off switch (long press)/answer Phone/Stop playing (short press)
16 VOL+ Input Volume up control
17 VOL- Input Volume down control
18 RST Input Reset
19 TXD Output UART TTL Signal output
20 RXD Input UART TTL Signal input
21 FWD Input Play next song
22 BACK Input play previous song
23 MUTE Output Mute (Low TTL for mute, high TTL for nong-mute)
24 1V8 Output 1.8V power output
25 GND Input/Output To GND
26 GND Input/Output To GND
Séances 5
- Câblage sur board du schéma électrique ci-dessous(seulement la partie du haut). On observe en sortie de l'oscillateur une oscillation mais assez basse fréquence (<200Hz). Cette fréquence sera t-elle suffisante afin de transmettre de l'énergie sans fil? (a voir...)
- Découverte du logiciel eagle (plus simple d'utilisation que altium, version gratuite)
- Schéma de principe du montage complet avec la partie arduino et bluetooth
Séances 6
- Création pcb carte bluetooth
- Fabrication bobine pour chargeur induction (échec, car le cuivre était mal verni et mauvais dimensionnement)
- Commande de bobines plates correspondant à nos besoins
- Création pcb carte chargeur :
Séances 7
- Perçage et soudage de la carte bluetooth
- Test sur board avec les différents composants nécessaires au fonctionnement
Résultats : écoute de la musique provenant du portable sur haut parleur
Problèmes: son de mauvaise qualité et très faible
Solution: Prévoir un amplificateur audio afin d'avoir un volume convenable
- Création typon pour composant de la carte bluetooth (sans ampli)
Typon :
- Modification d'une carte ampli à base de lm386N , test avec carte bluetoth ( fonctionne bien mais problème d'alimentation)
Nous avons en fait 2 circuits comme le suivant inclus sur la même carte.
Séances 8
- Partie arduino : insertion d'une LED témoin permettant de voir si le chargeur est en fonctionnement ou non. Nous avons opté pour une LED RGB pour ne pas avoir plusieurs LED apparentes sur notre boitier(la LED s'illumine en vert quand on charge , rouge: pas en charge). Afin de gérer la présence d'un téléphone sur le socle du chargeur nous avons inséré un capteur de lumiére pour détecter la présence de l'objet à charger.
L'arduino gère aussi l'ouverture et la fermeture de l'alimentation du système de rechargement. En commandant un transistor MOSFET quand il y a présence ou non d'un téléphone à charger.
- Essaie de fabrication d' une alimentation commune à tout les sous-système
Résultats: bug de la carte bluetooth, fort grésillement dans les hauts parleurs... (abandon de cette idée)
- Test de chargement de batterie
- Perçage/soudage de la carte chargeur test avec les bobines reçus
Résultats : pas de transmission d'énergie, le fait de ne pas avoir les mêmes bobines que prévu change les paramètres de notre oscillateur...
Nous avons donc testé en injectant directement un signal sinusoïdale dans la bobine primaire. résultat : transmission d'énergie pour une fréquence comprise entre 500KHz et 800KHZ
Solutions: Redimensionner notre oscillateur, la première carte ne nous servira donc plus( le fait d'avoir reçu les bobines en retard nous à contraint à réaliser un circuit non adapté...)
Nous avons pensé à refaire un oscillateur à base de LM555 mais après documentation il s'est avéré que 500KHz est une fréquence limite pour ce composant
Séances 9
- Ajout d'un timer dans l'arduino pour gérer le temps de charge
Code de l'arduino complet:
- Gestion du secondaire qui n'est en fait rien d'autre qu'un pont redresseur et la batterie en parallèle. Nous avons aussi inséré une LED témoin au secondaire afin de vérifier la bonne transmission d'énergie sans fil.
Comme notre oscillateur ne répondait pas à nos besoins , nous avons utilisé au primaire un GBF générant un signal adéquat. C'est à dire un signal ayant une fréquence comprise entre 500KHz-700KHz et une tension d'environ 10V.
Résultats: On arrive bien à transmettre de l'énergie sans fil, on a une tension 7V au secondaire. La batterie se charge correctement car on arrive par la suite à allumer une LED témoin grâce à la batterie initialement déchargée.
- Il est important de préciser que nous avons utilisé une batterie de type NiCd. Car pour recharger une batterie Lion il est nécessaire d'avoir un module assez complexe de transformation des signaux. Ces modules se trouvent tout fait dans le commerce.
Photo d'un module de rechargement sans fil pour téléphone portable ( ce module s’insère dans la coque du téléphone et est connecté a la batterie du téléphone)
A améliorer
- Malgré l'amplification du signal audio nous obtenons toujours un son de sortie de mauvaise qualité(à puissance maximale). Cela est dû à la qualité de la carte bluetooth et aussi aux soudures qui ne sont pas parfaites.
- Nous aurions aussi aimé réaliser une alimentation commune à tout les sous-système( ampli en +9V , arduino en +5V , carte bluetooth en +5V) Pour le moment la carte ampli et l'arduino sont alimentés par pile 9V.
- Nous avions pensé aussi à une télécommande infrarouge permettant de passer à la chanson suivante ou augmenter le son. (possibilité de le faire mais manque de temps...)
- Passer de l'arduino UNO à un arduino Micro voir mini. Pour un gain de place dans le boitier et un coût moindre.
- Revoir l'oscillateur
Bilan
- Bon projet, sujet intéressant. Malheureusement le manque de temps et les délais de réception des composants notamment des bobines à été notre principale soucis. Je pense qu'avec quelques séances de plus nous serions parvenu à un produit totalement fini et de meilleur qualité.
Cependant, ce projet nous a tout de même appris pas mal de chose , notamment le fonctionnement de la recharge sans fil, l'utilisation du logiciel EAGLE, l'utilisation d'un module bluetooth pour traiter des signaux audios et aussi la gestion d'un projet complet avec des contraires à prévoir et des délais à respecter.
