Chargeur par induction : Différence entre versions

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'''Cahier des charges P14 : Chargeur par induction'''
 
'''Cahier des charges P14 : Chargeur par induction'''
  
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'''Introduction au problème posé'''
 
  
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== <span style="color:red">'''Présentation du projet'''</span> ==
  
La recharge de batteries peut se révéler fastidieuse, en raison de sa fréquence et de la nécessité de branchements. Le problème est d'autant plus marqué dans le cas de batteries
 
  
difficilement accessibles (capteurs enfouis par exemple).
 
  
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Le but du projet est de réaliser une station de téléphone portable. Cette station comprendra un chargeur par induction permettant de recharger
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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.
  
'''Expression fonctionnelle du besoin:'''
 
  
  
nom: Chargeur par induction
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==<span style="color:red">'''Mini cahier des charges'''</span>==
  
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, rendement.
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===<span style="color:blue">Expression fonctionnelle du besoin</span>===
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Nom: Chargeur par induction
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Critères: Charger une batterie sans contact
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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.
  
  
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'''Solution proposée pour répondre au besoin:'''
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===<span style="color:blue">Solutions proposées</span>===
  
  
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Schéma de principe d'un chargeur par induction:
 
Schéma de principe d'un chargeur par induction:
  
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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.
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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 :'''
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===<span style="color:blue">Les différents avantages</span>===
  
-La fin des connectiques complexes :
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- 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  
 
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  
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mini-usb par exemple).
 
mini-usb par exemple).
  
-Un usage simplifié et ergonomique :
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- 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.
 
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 :'''
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===<span style="color:blue">Découpage du travail</span>===
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1/ documentation sur les différentes technologies existantes et le principe du transfert d'énergie
 
1/ documentation sur les différentes technologies existantes et le principe du transfert d'énergie
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2/ Étude d'un schéma electrique répondant à nos différents besoins ( émission + réception)
 
2/ Étude d'un schéma electrique répondant à nos différents besoins ( émission + réception)
  
3/ Réalisation de la plaquette
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3/ Réalisation de(s) carte(s)
  
 
4/ tests
 
4/ tests
  
5/ ajout d'un module bluetooth connecté à un haut-parleur
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5/ ajout d'un module bluetooth pour une lecture audio d'une playlist
  
  
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[[Fichier:Epam3.png]]
 
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== <span style="color:red">'''Avancement du projet'''</span> ==
  
Il faut prévoir la commande des différents composants indisponible dans le magasin polytech. A savoir les transistors IRFP250 (x2) ''Alexandre : Pour les commandes, il faudrait une référence chez RS ou Farnell ; les composants (condensateurs, diodes, résistances) semblent non usuels, il faut vous assurer de leur disponibilité''
 
  
  
AVANCEMENT LORS DES SEANCES
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===<span style="color:blue">Séances 1,2 et 3 </span>===
  
  
Séances 1,2 et 3:
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- Recherche et étude de différents schémas électriques
  
- Recherche et étude de différents schémas électrique
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- Nous nous sommes informé sur la technologie de transmission d'énergie sans fil
  
- Nous nous sommes informé sur la technologie de transmission d'énergie sans fil
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- 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)
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===<span style="color:blue">Séances 4</span>===
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- MODIFICATION DU SCHEMA électrique ( sur la base d'un oscillateur de colpits)
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- Commande des composants nécessaires à la réalisation du projet
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- Nous avons commencé à réfléchir sur la mise en œuvre de la partie bluetooth, nous avons choisi d'utiliser la carte bluetooth suivante:
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Description des entrées/sorties de la carte:
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1 GND Input/Output To GND
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2 GND Input/Output To GND
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3 SPKN Output Stereo differential output negative terminal
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4 SPKLP Output Stereo left channel differential output positive terminal
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5 SPKRP Output Stereo right channel differential output positive terminal
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6 GND Input/Output To GND
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7 MIC Input MIC input
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8 VMIC Output MIC Power
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9 BLED Input Working status LED, normally to blue LED
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10 CHG Input Lithium battery charging status LED
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11 RLED Input charging status, matching status etc, Normally to red LED
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12 VBAT Input Lithium battery Positive terminal (to power positive)
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13 GND Input/Output To GND
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14 GND Input/Output To GND
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15  MFB Input On/Off switch (long press)/answer Phone/Stop playing (short press)
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16 VOL+ Input Volume up control
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17 VOL- Input Volume down control
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18 RST Input Reset
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19 TXD Output UART TTL Signal output
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20 RXD Input UART TTL Signal input
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21 FWD Input Play next song
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22 BACK Input play previous song
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23 MUTE Output Mute (Low TTL for mute, high TTL for nong-mute)
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24 1V8 Output 1.8V power output
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25 GND Input/Output To GND
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26 GND Input/Output To GND
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===<span style="color:blue">Séances 5</span>===
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- 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...)
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- Découverte du logiciel eagle (plus simple d'utilisation que altium, version gratuite)
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- Schéma de principe du montage complet avec la partie arduino et bluetooth
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===<span style="color:blue">Séances 6</span>===
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- Création pcb carte bluetooth
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- Fabrication bobine pour chargeur induction (échec, car le cuivre était mal verni et mauvais dimensionnement)
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- Commande de bobines plates correspondant à nos besoins
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- Création pcb carte chargeur :
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===<span style="color:blue">Séances 7</span>===
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- Perçage et soudage de la carte bluetooth
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- Test sur board avec les différents composants nécessaires au fonctionnement
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Résultats : écoute de la musique provenant du portable sur haut parleur
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Problèmes: son de mauvaise qualité et très faible
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Solution: Prévoir un amplificateur audio afin d'avoir un volume convenable
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- Création typon pour composant de la carte bluetooth (sans ampli)
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[[Fichier:Bluecomp.JPG]]
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Typon :
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[[Fichier:Pcb blu.JPG]]
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- Modification d'une carte ampli à base de lm386N , test avec carte bluetoth ( fonctionne bien mais problème d'alimentation)
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Nous avons en fait 2 circuits comme le suivant inclus sur la même carte.
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[[Fichier:Lm386.JPG]]
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===<span style="color:blue">Séances 8</span>===
  
- Simulation de différents schéma sous psim
 
  
  
Séance 4 :  
+
- 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.
  
- MODIFICATION DU SCHEMA: screenshoot a venir
+
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.
  
- Commande des composants
+
- Essaie de fabrication d' une alimentation commune à tout les sous-système
  
- nous avons commencé a réfléchir sur la partie informatique du projet (bluetooth + arduino)
+
Résultats: bug de la carte bluetooth, fort grésillement dans les hauts parleurs... (abandon de cette idée)
  
 +
- Test de chargement de batterie
  
Séance 5 :
+
- 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...
  
- cablage sur board du schéma electrique
+
Nous avons donc testé en injectant directement un signal sinusoïdale dans la bobine primaire.
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résultat : transmission d'énergie pour une fréquence comprise entre 500KHz et 800KHZ
  
-découverte du logiciel eagle ( car la libraire pour carte bluetooth existe seulement sous eagle)
+
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...)  
  
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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
  
Séance 6 :
 
  
- création pcb carte bluetooth
 
  
- fabrication bobine pour chargeur induction (échec)
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===<span style="color:blue">Séances 9</span>===
  
-commande de bobines plates
 
  
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- Ajout d'un timer dans l'arduino pour gérer le temps de charge
  
Séance 7 :  
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Code de l'arduino complet:  
  
- cablage carte bluetooth
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[[Fichier:Code1.JPG]]
  
- test sur board
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[[Fichier:Code2.JPG]]
  
Résulat : écoute de la musique provenant du portable sur haut parleur
 
  
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- 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.
  
Séance 8 :  
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[[Fichier:Secondaire.JPG]]
  
- partie arduino : capteur température pour détecter chargemennt de la batterie, led témoins , capteur luminiosité
+
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.
  
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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.
  
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- 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.
  
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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)
  
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[[Fichier:Alex123.jpg]]
  
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== <span style="color:red">'''A améliorer'''</span> ==
  
  
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- 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.
  
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- 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.
  
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- 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
  
Carte bluetooth + composants commandés er recu
+
== <span style="color:red">'''Bilan'''</span> ==
  
Schéma testé sous psim, fonctionne correctement au primaire , a prévoir bobine du secondaire
 
  
 +
- 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.
  
implantation sur board du schéma , test a l'oscillo CREATION DE BOBINE MAISON (ne fonctionne pas)...
+
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.
  
commande bobine plate , en attente de la reception
 
  
  
Cration pcb sous eagle pour carte bluetooth, en attente du tirage de la carte + soudage
+
== <span style="color:red">'''Rapport du projet'''</span> ==
  
  
travail sur arduino pour les différentes options envisagé ( a savoir capteur détection présence téléphone ou baterie + vue métre pour faire beau sur boitier)
+
[[Fichier:Pinet Mercier Rapport.pdf]]

Version actuelle datée du 6 juin 2014 à 11:16


Vidéo HD


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.


Epam1.jpg


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:


Trcharge-mobile.png


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:


Epam3.png

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:


Carteb.JPG

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

Schémap.jpg


Séances 6

- Création pcb carte bluetooth

Aqws.JPG

Typon cb.JPG

- 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 :

Charcomp.JPG

Pcb chargeur.JPG

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)

Bluecomp.JPG

Typon :

Pcb blu.JPG

- 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.

Lm386.JPG

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:

Code1.JPG

Code2.JPG


- 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.

Secondaire.JPG

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)

Alex123.jpg

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.


Rapport du projet

Fichier:Pinet Mercier Rapport.pdf