Arduino питание от батареи 9 В

Вчера днем ​​я оставил свой Arduino работающим на новой щелочной батарее 9V (+ подключен к Vin, - подключен к GND). Сегодня утром (16 часов спустя) ЖК-дисплей больше не был виден, и когда я измерил напряжение, я обнаружил, что батарея разрядилась к моему удивлению - ее напряжение в режиме ожидания составляло всего 7 В.

Мое устройство - Arduino Uno с ЖК-дисплеем 2x16 с подсветкой ЖК-дисплея и 2 датчиками DS18B20. Это нормально для такого устройства, чтобы разряжать батарею 9 В так быстро?

Я прочитал ответ на вопрос о том, что (или как я могу использовать) варианты энергосбережения Arduino для продления срока службы батареи? вопрос, и я думаю, что я вижу, может быть связано с этим, однако я не уверен. Если да, есть ли общие схемы, как эффективно подключить Arduino к аккумулятору?

Потребляемая мощность

Платы Arduino потребляют немало энергии по сравнению с другими встроенными системами с аналогичными функциями.

Есть три основных фактора:

• NCP1117 ( техническое описание ) 5V линейный регулятор в Arduino UNO R3 ( схематическом ) имеет ток покоя около 6 мА.

• ATmega328P ( техническое описание ) привлекает около 5м @ 8MHz и 5В, и , вероятно , более чем вдвое больше, чем на 16МГц.

• user2973: ATMega16U2, используемый для связи через USB, также потребляет около 13 мА.

Светодиоды и другие периферийные устройства также потребляют ток. В вашей схеме подсветка ЖКД, вероятно, также потребляет 4 мА.

При падении напряжения от 9 В до 5 В через линейный регулятор, почти половина мощности теряется регулятором из-за падения напряжения на 4 В. Дункан комментирует, что это почти вдвое увеличивает потребляемую мощность с 9 В, а также мощность, необходимую для каждого мА, равную 5 В, поскольку 4/9-ая часть мощности теряется в виде тепла регулятором напряжения. Эффективный импульсный регулятор подавал бы 5 В с небольшой потерей энергии, эффективно уменьшая потребление тока, видимое батареей, на 4/9.

Батарейку Duracell 9V ( техническое описание ) падает от 9В до 7В примерно 7,5 часов с потреблением тока 50 мА. Таким образом, приблизительное предположение состоит в том, что ваша схема потребляет около 25 мА, что звучит примерно так, исходя из описания вашей схемы.

Обратите внимание, что срок службы щелочных батарей нелинейный по отношению к току. При очень малых токах (<1 мА) срок службы щелочной батареи приближается к сроку службы литиевой батареи.

Снижение тока

Вот несколько советов по снижению потребления тока:

• Регулятор: замените регулятор регулятором с низким током покоя или, что еще лучше, переключающим регулятором (также с низким током покоя). Импульсный регулятор использует «импульсы» тока и некоторые внешние катушки индуктивности и конденсаторы, чтобы обеспечить приемлемое постоянное выходное напряжение. Он не тратит энергию, как при падении напряжения линейного регулятора, а КПД в высоких 90% возможен.

  • Есть понижающие (понижающие) преобразователи, которые принимают батарею в качестве входа, а затем подключаются напрямую к 5 В и GND, минуя VIN и регулятор. Это от Pololu и вверх и вниз, и имеет ток покоя 0,1 мА.
  • В качестве альтернативы, вы можете использовать несколько щелочных батарей 1,5 В и повышающий (повышающий) преобразователь для получения напряжения до 5 В (например, этот продукт от Sparkfun). Кажется, что повышающие конвертеры чаще всего продаются на складе.
  • Наконец, вы можете купить литиевую аккумуляторную батарею с зарядным экраном. Преимущество этого заключается в том, что нет необходимости покупать новые батареи, а для крошечных аккумуляторов емкостью больше 9 В литиевая батарея обладает гораздо большей емкостью. По-настоящему классным продуктом является водонепроницаемый комплект seeeduino stalker, который включает в себя цепь зарядки, батарею, солнечную панель и другие вкусности.

• ATMega328P: Вместо того, чтобы использовать delayвремя и вращаться в loopбесконечном ожидании того, что что-то произойдет, переписать свой код так, чтобы он засыпал между чтениями датчика и т. Д. Есть несколько библиотек с низким энергопотреблением , которые используют сторожевой таймер для периодические пробуждения от сна, которые удобны. Вы можете получить потребление тока ATMega328P ниже 0,1 мА во время сна.

• ЖК-дисплей: выключите подсветку или даже весь ЖК-дисплей. Добавьте кнопку к дизайну, которую пользователь может нажать, чтобы активировать ЖК-дисплей и отключить его после заданного периода бездействия.

• Периферийные устройства. Большинство периферийных чипов также имеют спящий режим, который значительно снижает их энергопотребление. Снимите светодиоды питания и другие ненужные индикаторы.

• ATMegu16U2: комментарии пользователя user2973 Похоже, этот чип довольно энергоемкий ( user2973 ). Его можно убрать, чтобы сэкономить энергию и просто использовать вместо него UART, но это кажется излишним. Существуют платы Arduino Pro, которые представляют собой просто Arduino без интерфейса USB, который можно использовать вместо UNO.

• Аккумуляторы: другие щелочные элементы имеют гораздо большую емкость. Например, 1,5 В AA имеет более 2000 мАч для низких токов. Использование элементов AA и повышающего преобразователя может увеличить время до замены батареи. Используйте D-клетки (16000 мАч), и он будет работать довольно долго. : D

Резюме

С соответствующим источником питания и кодированием вы можете получить разумный срок службы батареи. Используя вышеупомянутые принципы, я создал производную плату Arduino, которая измеряет несколько датчиков и сохраняет показания на SD-карту каждые полсекунды. Он может длиться около 4 месяцев на 2 батарейках АА, поэтому вполне возможно иметь низкое энергопотребление и оставаться в экосистеме Arduino.

Чип, который я использовал для низкого энергопотребления в моей плате, является LTC3525-3.3V. Он принимает входное напряжение всего 0,8 В и повышает до 3,3 В, также доступна версия на 5 В. Я разработал печатную плату для этого чипа, так как не было готового прорыва, и в техническом описании есть эталонные конструкции. Основным критерием выбора этого чипа было то, что он все еще имел высокую эффективность при очень низких токах. Некоторые другие преобразователи нуждаются в небольшом минимальном потреблении тока.

Самым крупным потребителем энергии на плате оказалась карта micro SD. Он может варьироваться от 0,1 мА до 1,5 мА тока холостого хода в зависимости от производителя. Я нашел карты Verbatim и Lexar, которые потребляют наименьшее количество энергии. Я задам этот вопрос EE.SE в соответствии с результатами тестов энергопотребления моей карты micro SD.

Я думаю, что Arduino Uno не подходит для таких проектов. Некоторые компоненты на плате потребляют слишком много ампер, как правильно указывает @geometrikal. Если вы готовы принять вызов, я бы посоветовал вам поднять свой проект на другой уровень и пойти по карьерной лестнице.

В Sparkfun есть хорошая статья о том, как увеличить время автономной работы с помощью ATmega328, которую вы также используете на Arduino Uno: https://www.sparkfun.com/tutorials/309

Ищите способы создания схемы только с теми компонентами, которые вам действительно нужны, и дайте микроконтроллеру как можно больше спать.

Другим вариантом является поиск аппаратного обеспечения (Arduino Clone), которое было разработано для этого, например, этой платы: https://bitbucket.org/talk2/whisper-node-avr/overview

Комбинируя такое оборудование с методами энергосберегающего кода, вы сможете довольно долго запускать проекты на батарейках!