Chargeur par induction

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 a 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

Résulat : écoute de la musique provenant du portable sur haut parleur

Problèmes: son de mauvaise qualité et très faible

Solution: a prévoir un ampli audio

- 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

résultat: 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

résultat : 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

- 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.

- 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

- sons de sortie , carte bluetooth de basse qualité donc mauvais son en sortie...

- alimentation pour les différentes cartes. Faire une alimentation commune. ( ampli en +9V , arduino en +5V , carte bluetooth en +5V)

- nous avions pensé aussi à une télécommande infrarouge permettant de passer a la chanson suivante ou augmenter le son. (possibilité de le faire mais manque de temps...)

- 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.