Fonte de Bancada Parte I – Gabinete

Quando se começa a trabalhar com projetos eletrônicos, um dos ítens mais importantes é uma fonte de energia. Existem vários caminhos a seguir nesse sentido:

  • Comprar uma fonte específica para cada voltagem necessária (12V e 5V são bem fáceis de se encontrar, 3.3V nem tanto)
  • Usar a USB do computador (com Arduino é quase padrão fazer isso)
  • Usar pilhas (prepara a carteira…)

Para projetos simples e pouco frequentes, é possível seguir assim, porém, ao se começar a levar a sério a questão, essas opções deixam a desejar por vários motivos (pouca praticidade, pouca potência, …). A partir daí, pode-se adquirir uma fonte de bancada, que em geral custa bastante dinheiro ou, sendo um bom DIYer, pode-se utilizar uma fonte AT/ATX antiga e fazer a sua própria fonte de bancada, com todos os recursos que se desejar.

Este artigo trata da construção do gabinete para a fonte de bancada que eu construí. A segunda parte deste artigo encontra-se no link Fonte de Bancada Parte II – Montagem.

Quando comecei a planejar este projeto, coloquei alguns pré-requisitos a fonte:

  • Ela deveria fornecer energia nas 3 principais tensões utilizadas em projetos eletrônicos: 3.3V, 5V e 12V
  • Deveria permitir medição da corrente consumida
  • Deveria oferecer várias opções de conexão para cabos de força
  • Deveria poder ligar / desligar com facilidade

 

Fonte de Energia

A primeira coisa foi resgatar uma fonte AT (isso mesmo) de um velho computador Pentium 266, comprado lá pela “virada do milênio”.

Não é a fonte mais potente do mundo, mas funciona, é de graça e suficiente para os meus projetos.

Além disso, a grande vantagem de uma fonte dessas (AT / ATX p/ computadores) é que já fornece 5V e 12V e os 3.3V (através de uma combinação de pinos).

 

Arquitetura da Fonte de Bancada

Depois de muito pensar, acabei decidindo por disponibilizar 3 seções:

  • 5V (acabei, posteriormente, incluindo uma subseção separada com conectores USB)
  • 12V
  • Voltagem Variável (2V -11V)

E desenhei o projeto abaixo:

A decisão por não incluir uma seção para 3.3V foi porque meus projetos, em sua maioria são 5V e 12V e, para os poucos em 3.3V, usaria a regulagem variável. Além disso, a fonte acabaria ficando muito grande. É claro que há decisões que geram algum arrependimento no futuro. Essa foi uma delas, pois imediatamente após a finalização da fonte, recebi meu Onion Omega 2+, que funciona com 3.3V. 🙁

Na primeira tentativas que fiz, a ideia era fazer uma caixa de madeira com a frente em acrílico (onde os conectores, chaves e medidores seriam acoplados). Teria a vantagem de permitir colocar um papel com os desenhos e indicações por baixo.

O resultado não me agradou nada. Os furos ficaram desalinhados, e as bordas tortas (fiz à mão, pois não tenho furadeira de bancada nem serra circular de mesa).

 

Essa tentativa coincidiu com a época em que montei minha impressora 3D, então acabei mudando o foco de um gabinete de madeira / acrílico para algo impresso.

Obviamente, o resultado não aconteceu da noite para o dia. Foram alguns meses até dominar o OpenSCAD e o processo de impressão.

 

Acabei decidindo por um projeto modular, pois não seria possível imprimir todo o gabinete de uma só vez, devido ao tamanho limitado da mesa de impressão de minha impressora 3D (20cm x 20cm). Por outro lado, o fato de ser modular também trás vantagens: o projeto básico pode ser utilizado para outros fins e ajustado conforme a necessidade. Assim, projetei 4 módulos diferentes: Canto, Horizontal, Vertical e Painel

 

 

 

  • Canto: Impresso 4 vezes para formar cada um dos cantos do gabinete;
  • Painel: Módulo onde os conectores e medidores principais são acoplados;
  • Horizontal: Devem ser acoplados acima e abaixo de cada painel. Podem ser usados como painéis auxiliares;
  • Vertical: Devem ser acoplados à direita do painel da direita e à esquerda do painel da esquerda. Também podem ser usados como painéis auxiliares.

A configuração que escolhi para a minha fonte foi usando 3 painéis principais, com 3 horizontais no topo e 3 embaixo, dois verticais em cada lado e 4 cantos, conforme as imagens abaixo:

 

O resultado ficou um pouco diferente do que eu havia pensado no primeiro desenho: além de ser modular, acabei adicionando conectores USB e removendo as chaves do painel de voltagem variável.

A lista de componentes que gerou os cortes e furações está descrita no penúltimo item deste post “Componentes”.

 

Impressão 3D / Acoplagem dos Módulos / Estrutura Principal

Os arquivos para impressão 3D dos módulos, bem como os fontes originais do OpenSCAD, podem ser baixados do projeto abaixo, no Thingiverse:

Será necessário imprimir o seguinte:

  • 4x “Corner_Plain”
  • 3x “Bottom_Plain”
  • 1x “LeftSide_USB”
  • 1x “RightSide_Plain”
  • 1x “Top5V”
  • 1x “Top12V”
  • 1x “TopVarV”
  • 2x “AmpsPanel”
  • 1x “VarVPanel”
  • 36x “Base_Brackets” (são usados para acoplar os módulos)
  • NÃO IMPRIMA o arquivo “BenchModel”, ele só está lá p/ demostrar o resultado final

 

Parâmetros de Impressão

Bico 0.4mm é suficiente, porém, diâmetros menores ficariam melhor acabados
Material ABS: Escalar em 1.01
Infill Não usado
Outro

 

Impressão

 

Acoplagem dos Módulos

  

Os módulos devem ser acoplados uns aos outros utilizando-se os “brackets”, a serem inseridos nas guias dos painéis conforme indicado na segunda imagem acima. Após isso, é importante colar as partes de forma que fiquem rígidas. Sugiro utilizar Super Bonder ou alguma cola epóxi (aquelas com duas partes a serem misturadas) de colagem rápida (5 a 15 min).

 

Acabamento

  

Para diminuir um pouco as imperfeições do material impresso, apliquei um pouco de massa “tapa-tudo”, lixei e pintei com tinta spray. O resultado não ficou perfeito, mas certamente melhor que o original.

 

Marcenaria

É fácil notar que apenas os módulos não são suficientes para comportar todos os itens inclusos na fonte. Era necessário uma estrutura onde fixar a composição modular, fonte, etc. Assim, novamente, fiz um esboço da minha ideia para o que considero a estrutura principal:

Com base nisso, cortei 3 peças de MDF (mandei cortar, para ser exato):

  • 2x peças no tamanho 25,5cm x 13,5cm x 1,5cm
  • 1x peça no tamanho  25,5cm x 18,5cm x 1,5cm

Marquei o centro de cada uma das peças, fiz 2 furos em cada uma delas, chanfrei os furos, parafusei-as perpendicularmente à peça maior, pintei de preto usando spray fosco e colei alguns suportes emborrachados da base da estrutura, conforme as imagens abaixo:

  

 

Adicionalmente, também fiz um furo no que considerei o “canto esquerdo superior” da estrutura principal, para passar os cabos de força da fonte para dentro do gabinete (penúltima imagem acima).

 

Personalização dos Módulos

De forma a permitir que eu pudesse utilizar os módulos em outros projetos futuros, codifiquei os arquivos do OpenSCAD de forma que possam ser facilmente personalizados.

A base para tudo é o arquivo BenchPanels.scad. Ele utiliza outro arquivo, também incluso “RoundCorner.scad”, cuja utilidade não vou explicar aqui, bastando apenas colocá-los na mesma pasta.

Ele contém várias funções com diferentes níveis. As de mais alto nível são:

  • instrumentPanel(bLeft= true, bTop=false, bRight = true, bBottom = true): Define o módulo “Painel”, sem nenhuma furação ou corte.
    • bLeft, bTop, bRight e bBottom: Indica se o painel deve ter guias para os brackets de acoplamento (cada variável indica uma das bordas)
    • Variáveis globais que afetam o módulo:
      • pWidth: Define a largura do painel (padrão 60).
      • pHeight: Define a altura do painel (padrão 60).
      • hasBrackets: Indica se as guias para os brackets devem ser ou não renderizadas nas bordas do módulo (padrão: true, vale para todas as bordas).
      • hasSupport: Indica se o painel deve ter “pernas” de suporte (padrão: true).
      • wSupport: Indica a largura das pernas (padrão: 6).
      • wallHeight: Indica a altura dos suportes / paredes.
    • Neste módulo não há montagem para parafusos ou pardes.
  • mountPanelHorizontal(ySize = 30, bLeft= true, bRight = true, bBottom = true): Define o módulo “Painel Horizontal”, sem cortes, com furações para parafusos.
    • ySize: Altura do painel.
    • bLeft, bRight e bBottom: Indica se o painel deve ter guias para os brackets de acoplamento (cada variável indica uma das bordas). Note que não há a variável bTop, pois neste lado é renderizada uma parede.
    • Variáveis globais que afetam o módulo:
      • pWidth: Define a largura do painel (padrão 60).
      • hasBrackets: Indica se as guias para os brackets devem ser ou não renderizadas nas bordas do módulo (padrão: true, vale para todas as bordas).
      • hasSupport: Indica se o painel deve ter “pernas” de suporte (padrão: true).
      • wSupport: Indica a largura das pernas (padrão: 6).
    • Neste módulo existem montagens para 2 parafusos.
    • Ele pode ser usado tanto no topo quanto na base.
  • mountPanelVertical(xSize = 30, bTop = true, bRight = true, bBottom = true): Define o módulo “Painel Vertical”, sem cortes, com furações para parafusos.
    • xSize: Largura do painel
    • bTop, bRight e bBottom: Indica se o painel deve ter guias para os brackets de acoplamento (cada variável indica uma das bordas). Note que não há a variável bLeft, pois neste lado é renderizada uma parede.
    • Variáveis globais que afetam o módulo:
      • pHeight: Define a altura do painel (padrão 60).
      • hasBrackets: Indica se as guias para os brackets devem ser ou não renderizadas nas bordas do módulo (padrão: true, vale para todas as bordas).
      • hasSupport: Indica se o painel deve ter “pernas” de suporte (padrão: true).
      • wSupport: Indica a largura das pernas (padrão: 6).
    • Neste módulo existem montagens para 2 parafusos.
    • Ele pode ser usado tanto na direita como esquerda
  • mountPanelCorner(xSize = 30, ySize = 30): Define o módulo “Canto”, sem cortes, com furações para parafusos.
    • xSize: Largura do painel
    • ySize: Altura do painel
    • Variáveis globais que afetam o módulo:
      • hasBrackets: Indica se as guias para os brackets devem ser ou não renderizadas nas bordas do módulo (padrão: true, vale para todas as bordas).
      • hasSupport: Indica se o painel deve ter “pernas” de suporte (padrão: true).
      • wSupport: Indica a largura das pernas (padrão: 6).
    • Neste módulo existem montagens para 1 parafuso.
    • Ele pode ser usado em quaisquer dos 4 cantos

 

Como sugestão para personalização dos painéis, o ideal é criar um arquivo para cada painel a ser desenvolvido, incluir o BenchPanels.scad e alterar de acordo com o desejado:

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include <BenchPanels.scad>
 
pHeight     = 110;
pWidth      = 90;
 
hasScrews   = true;
hasBrackets = true;
hasSupport  = true;
 
difference() {
    instrumentPanel();
    translate([pWidth/2,pHeight/2,0]) cylinder(h=20,d=40);
}
 
//mountPanelHorizontal();
//mountPanelVertical();
//mountPanelCorner();

Para mais exemplos, abra quaisquer dos arquivos .scad com exceção do BenchPanels.scad e RoundCorner.scad.

 

Componentes

Abaixo, a lista de componentes que serão parafusados ou acoplados ao gabinete. Os demais componentes e detalhes de sua montagem / soldagem, serão abordado no próximo post “Fonte de Bancada Parte II – Montagem”.

Amperímetros

Usados nas seções de 5V e 12V.

Voltímetro - Amperímetro

Usado na seção de voltagem variável.

Soquetes 5.5mmx2.1mm

O soquetes. São o soquetes mais padrão para conectar fontes DC.

 

Soquetes Banana Fêmea

O ideal é comprar 8 pretos, 3 vermelhos (5V), 3 amarelos (12V) e 2 de outra cor (voltagem variável) – eu usei verde.

Soquetes USB

3 soquetes. É melhor, para soldar, utilizar os soquetes para prototipação.

Switches

São 6 Switches 6 pinos, 2 posições (Toggle Switches 6 pin 2 position ou ON/OFF)

 

Considerações

Conforme mencionei antes, se fosse fazer novamente, eu teria incluído uma seção específica para 3.3V, pois é uma tensão que está cada vez mais sendo utilizada, devido a proliferação de dispositivos de baixo consumo (principalmente agora, com a onda do IoT).

A biblioteca BenchPanels.scad tem alguns problemas, podendo ser considerada uma trabalho ainda em andamento, porém, o que ela oferece já suficiente p/ fazer bastante coisas.

Vale lembra mais uma vez para acessar o próximo post “Fonte de Bancada Parte II – Montagem”, para ver como todo o resto foi montado.

Sugestões e mesmo requisições de melhorias são bem vindas. Para isso, deixe seus comentários abaixo.

 

Segunda parte de artigo: Fonte de Bancada Parte II – Montagem

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Autor

Fábio Lutz

Bacharel em Ciência da Computação pela UFRGS / Brasil; 18 anos de experiência profissional no desenvolvimento de software (Delphi/Pascal, Java, ...
Sobre o Autor

 

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