Eclairage de cave sur batterie 12V

Création d'un éclairage à LED sur batterie 12V pour une cave sans électricité.

Difficulté

Medium Moyen

Durée

2 hour(s) heure(s)

Catégories

Électronique, Énergie, Maison

Coût

50 EUR (€)

éclairage, LED, arduino, impression 3D Eclairage_de_cave_sur_batterie_12V_DSC03631.JPG fr none Technique 0

Introduction

Le but est de créer un système d'éclairage pour une cave sans électricité.

L'alimentation est ainsi assurée par une batterie 12V (type batterie de moto) moins coûteuse qu'une batterie au lithium à capacité équivalente. Des ampoules à LED 12V permettent aussi d'augmenter largement l'autonomie du système. Plus la batterie est grosse plus l'autonomie est longue, mais plus elle est lourde à remonter de la cave pour la charger. Chacun son compromis poids/autonomie.

La cave du projet est dans un bâtiment relativement ancien et le plafond est constitué de bloc de béton tenu en place par des poutrelles en acier. Cette particularité est utilisé pour la fixation des spots. Avec des aimants au néodyme, il est possible d'accrocher les spots lumineux à différents en endroit sans percer de trous et de les repositionner à volonté.

L'"intelligence" du système repose sur un petit microcontroleur ATMEL ATtiny85 programmé sous Arduino. Il mesure la tension de la batterie et fourni un retour à l'utilisateur grâce à une LED RGB. En cas de tension basse de la batterie, un clignotement de l'éclairage permet d'alerter l'utilisateur qui n'aurai pas fait attention à la couleur de la LED. En dernier extrémité, il est capable de coupé l'éclairage pour éviter de détruire la batterie.

Le projet est aussi hébergé sous forme d'un dépôt GIT : https://framagit.org/arofarn/Cave_a_Papa

Je n'avais pas prévu de faire un tuto très détaillé et je manque de photos pour illustrer toutes les étapes, en particulier l'électronique. Je compléterai éventuellement dans le futur, mais pour le moment, cet éclairage est installé à plusieurs centaines de kilomètre.

Matériaux

Pour les spots (quantité par spot):

• filament ABS ou autres filament "haute température" (Colorfabb nGEN HT par exemple)
• 1 douille GU5.3 précablé
• 1 ampoule LED 12V GU5.3 (max 4 W !!!)
• 1 barrette de 2 domino 4mm²
• 1 aimant au néodyme diamètre 20mm, épaisseur 3mm, percé et chanfreiné
• 2 vis M2.5, 10mm + écrous
• 1 vis M2.5, 8mm
• 1 vis M3, 15mm + écrou + rondelle
• 1 vis M4, 15mm à tête fraisée
• câble 2x0.75mm² type câble hi-fi : plusieurs mètres (section 0.75mm² minimum, ça dépend du nombres et de la puissante totale des spots)

Pour l'électronique :

• 1 microcontrolleur ATMEL ATtiny85 avec son support
• 1 régulateur linéaire LM7805
• 1 LED RGB "neopixel" diam. 5mm
• 1 Relais 'prêt à l'emploi' sur breakout board (exemple : http://www.microbot.it/product/135/Relay-Module.html )
• résistances (1/4W) : 1x 1 kohm, 1x 10 kohm, 1x 47 kohm
• condensateurs : 2x 10µF 50V électrolytique, 1x 0.1µF céramique
• 1 plaque de prototypage pour souder le tout (exemple : perma-proto board half-size d'Adafruit, en optimisant un peu, la quarter-size devrait suffire)
• 1 bornier à souder 2 bornes (optionnel : c'est possible de souder directement les fils à la place du bornier)
• fils 22AWG de différentes couleurs (au moins noir, rouge et une troisième) pour l'électronique
• gaine thermorétractable de différentes sections et couleurs
• 1 barrette de 3 dominos 4 mm²
• 1 interrupteur à bascule acceptant plusieurs Ampères en 12V (10A c'est pas mal)
• 1 batterie acide-plomb 12V (type batterie de moto) avec les cosses adaptées si besoin.
• 1 boite plastique suffisamment grande pour accueillir la batterie choisie et les composants. IMPORTANT : PAS de boîte étanche, la batterie produit des gaz qui doivent pouvoir s'évacuer !
• visserie M2.5 et M3 : vis, rondelles, écrous, entretoises... pour fixer l'électronique

Outils

• Tournevis cruciformes et plats
• Imprimante 3D
• Fer à souder + accessoires
• Pince coupante
• Carte Arduino UNO + câble USB + shield de programmation pour ATtiny85 (facile à réaliser soi-même) ou une breadboard avec quelques fils.

Support-ampoule.stl

Fixation-magnetique.stl

Étape 1 - Impression 3D

C'est définitivement le plus long, alors mieux vaut lancer l'impression des spots dès le début !

Il faut 1 support d'ampoule et 1 fixation magnétique par spot. Voir les fichiers STL joints.

J'ai choisi de l'ABS orange pour le support d'ampoule (meilleur résistance à la chaleur) et du PLA blanc pour la fixation (plus facile à imprimer).

J'ai aussi laissé les support d'impression sous la fixation. Ca ne gène pas (invisible) et fait gagner du temps.

Étape 2 - Electronique (soudure)

On soude l'ensemble des composant sur la carte protoboard, sauf le microcontrôleur ATtiny85 qu'il va falloir programmer. Par contre, on peut souder son support ;)

Attention au sens des composants !

• microcontrôleur (en bleu): encoche vers l'extérieur (cf fêche)
• LED neopixel :en bleu Din (avec la résistance 1 komh) , rouge 5V et noir GND avec le condensateur 0.1µF (céramique) entre le 5V et GND
• les deux autres résitance forme un pont diviseur de tension. attention à leurs emplacements relatifs sous peine de tuer le microcontrôleur!

Étape 3 - Electronique (montage dans la boîte)

1. on perce les trous pour fixer la carte électronique, le relais et le domino
2. on perce pour monter l'interrupteur
3. on fixe le tout au couvercle de la boîte en plastique
4. on relie:
   1. la carte au relais (côté pilotage du relais)
   2. l'alimentation de la carte au domino
   3. le relais au domino (12V, côté puissance)
   4. l'interrupteur entre la batterie et la masse de la batterie
   5. le câble sortant vers les ampoules

On prépare le câble de la batterie mais on ne la branche pas encore. On risque de faire des court-circuit pendant le montage, ce qui pourrait endommager la batterie !!!

Étape 4 - Programmer le microcontroleur

Pour charger le programme dans le microcontrôleur, on suivra le tutoriel suivant : https://create.arduino.cc/projecthub/arjun/programming-attiny85-with-arduino-uno-afb829

Le fichier contenant le code est joint à ce tuto sur wikifab

Étape 5 - Montage des spots (1)

On commence par rassembler tous les élément.

On fixe la douille GU5.3 dans le support d'ampoule avec les 2 vis M2.5 de 10mm et leur écrous

Étape 6 - Montage des spots (2)

On attache ensuite le support à la base avec la vis M2.5 ensuite la vis M3 et ses rondelles et écrou.

Il faut ensuite faire passer les fils venant de la douille dans la base pour les attacher au domino qu'on fixe enfin avec la vis M2.5 de 8mm.

Étape 7 - Montage des spots (3)

On termine en fixant l'aimant sous la base avec la vis à tête fraisée.

Si nécessaire, on peut ajouter une rondelle sous l'aimant pour ajuster. L'aimant doit venir juste à raz de la base.

Et on répète la procédure pour chaque spot.

Étape 8 - Pose (1)

Avant de commencer : s'assurer que la batterie est débranchée !!!

1. en partant de la boîte contenant l'électronique, couper le cable à la bonne longueur
2. commencer à dérouler le cable vers le spot suivant
3. dénuder les deux cables et passer ces cables dans le domino avant de serrer.

Vérifier bien qu'il n'y a pas d'inversion : le positif doit rester avec le positif (bande rouge) !

Vérifier qu'il n'y a pas de brin de cuivre qui s'effiloche et fasse court-circuit ! si besoin, sertir les cables ensemble avec de les passer dans le domino.

Étape 9 - Pose (2)

Faire un test de continuité/non-continuité en différent point du montage avant de brancher la batterie pour s'assurer de l'absence de court-circuit.

Brancher la batterie et tester !

Notes et références

On pourra améliorer ce montage, et notamment son autonomie (un peu) en réduisant la consommation de la partie électronique en remplaçant deux éléments:

• le relais par un MOSFET choisit avec soin pour gérer la puissance. Attention tout de même à ne pas faire passer trop de courant par des pistes du circuit imprimer non-dimensionner pour (risque de surchauffe).
• le régulateur de tension (linéaire) par un petit convertisseur DC-DC à découpage beaucoup plus efficace mais un peu plus cher (quelques euros).

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