Занимаясь своими делами в качестве хобби, я делаю маленький радиодатчик температуры и влажности.
ATmega328 читает из DHT11 датчика , а затем передает данные к Raspberry Pi с помощью передатчика STX882 радио . Он питается от батареи 9 В с использованием регулятора 7805 5 В с емкостью 10 мкФ и 100 мкФ.
Код C на ATmega считывает влажность и температуру, а затем отправляет их каждые 30 минут:
const unsigned long DELAY = 30*60*1000UL; // 30 minutes
void loop() {
delay(DELAY);
send_data(); // Maybe a little overcomplicated, but I think it is not the point
}
Это работало как шарм, но время автономной работы было неожиданно коротким. Это было совершенно новое, и я сделал несколько спорадических тестов с короткой задержкой, без какой-либо аномальной жары, идущей откуда-либо.
Когда я был удовлетворен, я установил 30-минутную задержку и оставил ее в покое (что может быть немного опасно?), Но менее чем через 24 часа батарея разрядилась на 5,4 В. Хотя 30-минутная задержка была приблизительно соблюдена для его продолжительности жизни.
Чем можно объяснить такое короткое время автономной работы? Может ли это быть регулятор 5 В? Как я мог построить длительную цепь?
PS: Я до сих пор пытаюсь разбить какую-то диаграмму, но для таких нубов, как я, требуется время ...
Я использовал щелочную 9-вольтовую 9-вольтовую батарею марки 631p3146, которая, по- видимому, обеспечивала 300-500 мАч при токе 100 мА, что намного больше, чем моя схема.
Вот вся информация, которую я мог собрать из таблицы:
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| | DHT11 | STX882 | ATmega328 | 7805reg |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Voltage | 3-5.5 V | 1.2-6 V | 2.7-5.5 V | |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Active current | 0.5-2.5 mA | 34 mA | 1.5 mA | |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Standby current | 0.1-0.15 mA | <0.01 µA | 1 µA | 4-8 mA* |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
*"bias current"
Если я правильно понимаю, моя система активна в течение нескольких секунд каждые 30 минут, поэтому ток в режиме ожидания - это все, что должно иметь значение, и он действительно управляется регулятором 7805.
Так что да, в худшем случае, с 300 мАч, я смогу поддерживать систему в течение всего лишь 40 часов.
Есть ли способ, которым я мог бы питать свою систему 5 В гораздо дольше без гораздо большего размера?
Напомним, что вот очень хорошее видео о регуляторах LM и преобразователях с понижением: преобразователь Бака против линейного стабилизатора напряжения - практическое сравнение
источник
Ответы:
Как уже упоминалось, 7805 имеет около 4 мА тока покоя. Вам нужно найти паспорт батареи (у Eveready есть отличные паспорта батареи, если вы используете щелочной элемент). Вероятно, это не более 100 мАч - 100 мАч / 4 мА = 25 часов, так что это должно кое-что сказать вам.
7805 - это старая технология. Есть лучшие новые линейные регуляторы. Вы должны быть в состоянии легко найти то, что потребляет в 10 раз меньше тока покоя, а при копании еще меньше.
Чтобы использовать еще меньше энергии, вы бы использовали понижающий преобразователь, специально разработанный для низкого тока покоя, но я понимаю, что вы не готовы спроектировать его в плату на уровне компонентов. Там может быть модуль, который будет делать эту работу, но вам нужно будет присмотреться к нему. У TI есть несколько модулей понижающего преобразования, но вы захотите уделить много внимания их возможностям, как для максимальной подачи тока, так и для тока покоя.
Чтобы использовать меньше энергии, сделайте все возможное, чтобы минимизировать потребление тока вашей цепью, когда она находится в состоянии покоя. Это потребует осторожного использования функции сна микропроцессора, а также управления питанием платы (например, если она включается только раз в 30 минут, вам может потребоваться отключить питание радио и показания влажности части схемы).
Измерьте потребление тока во всех режимах работы и используйте его, чтобы определить, какие режимы являются наиболее серьезными нарушителями, затем сконцентрируйтесь на минимизации токов в этих режимах, если это возможно.
источник
Все эти части могут работать от 3 до 5 В, поэтому используйте батарею, для которой не требуется регулятор, литий-ионный элемент 16500 или аккумулятор 3xAAA, примерно того же размера, что и 9 В, и создают напряжения в этом диапазоне. (или даже Li-Po)
Без регулятора микроконтроллер может отключиться, и для схемы потребуется всего несколько микроампер.
источник
Ток холостого хода регулятора 7805 составляет около 4 мА, поэтому, имея емкость аккумулятора в ампер-часах, определите, как долго он будет работать при непрерывном разряде 4 мА.
Если вы обнаружите, что это проблема, вы обнаружите, что существует множество регуляторов, имеющих значительно меньший ток покоя.
Как только батарея опустится примерно до 7 вольт, вы окажетесь на скользком наклонном склоне, потому что для регулятора 7805 требуется запас напряжения в пару вольт для правильного регулирования, и я бы оценил (быстрое предположение), что при напряжении около 6,5 вольт цепь выйдет из строя.
Учитывая то, что я только что упомянул, я полагаю, что только 50% от заявленной емкости аккумулятора можно использовать до того, как цепь сдается. Имейте это в виду.
источник
Я использую аналогичные сенсорные узлы с гораздо лучшими результатами. Моя настройка имеет несколько отличий от вашей:
1 Я успешно использую ESP8266, хотя, конечно, я бы никогда не порекомендовал это, поскольку их документированный абсолютный максимальный Vcc составляет 3,6 VI.
2 Для моего ESP8266 пробуждение из глубокого сна - это перезагрузка, поэтому код начнет работать вверху
setup(), но с вашим ATmega328 это не проблема.источник
Очень похоже на то, «почему у моей солнечной / аккумуляторной / инверторной системы такой маленький диапазон?» > Потому что инвертор все время раскручивается. Используйте различные нагрузки, которые работают от прямого аккумулятора и устраняют ненужное преобразование напряжения .
Вы выполнили проектирование 101, вы собрали кусочки вместе, и они работают. Инжиниринг 202 заставляет их работать достаточно эффективно, чтобы быть полезными.
Как и выше, барахло инвертировано - я имею в виду регулятор. Выберите батареи, которые могут работать прямо, например, три батареи 1,5 В при 4,5 Вольт. (Двух будет недостаточно, так как они упадут ниже 3 В слишком рано; или, может быть, попробуйте!)
Также подумайте о батареях большего размера - 9В - это глупо-маленькая емкость, особенно когда выбрасываете 2/3 емкости! (Электронике нужно 3 В, вы берете 9 В, а остальное выбрасываете в виде тепла). Подумайте о большем - клетки D - ваш друг, если вы хотите долголетия.
У оленей камер обычно есть два полных банка D-клеток, вы можете использовать один или оба, и может работать целый сезон.
Кроме того, потребление тока сна ATMega очень впечатляет, но STX882 и датчик, не так много. Посмотрите, сможете ли вы найти способ, чтобы ATMega физически отключал питание других устройств, когда в этом нет необходимости. Самый дешевый и скучный способ сделать это - это маленькое реле, но силовой транзистор тоже должен сработать.
Последний трюк Это может не стоить делать в зависимости от того, какой рабочий цикл включена система, но стоит упомянуть. В последние годы процессоры выросли с 5 до 3,3 В. Почему? Потому что они действуют на ток; напряжение выше минимума не помогает в работе и просто рассеивает больше тепла. По мере того как процессоры становились все более мощными, тепловые проблемы стали ограничивающим фактором, поэтому падение напряжения до минимума позволило запустить кулер и повысить производительность на том же радиаторе. То же относится и к вашей электронике.
Вы стремитесь работать при 5 В, верхней стороне допустимого диапазона напряжения. Мое предложение 3xAA ставит вас на 4,5 В, но вы можете выбрать другой вариант батареи, который будет еще ниже: например, литиевые батареи или три NiCd / NiMH (3,6 В). NiMH обладает большей емкостью, но NiCD обладает поразительной стойкостью к злоупотреблениям и глубоким разрядам.
источник
Вместо этого используйте повышающий конвертер
Так я делаю похожие проекты. Я использую 3xAA, который дает мне 2.5V-4.8V, это в пределах рабочего диапазона Atmega, я подключаю его к повышающему преобразователю с выводом отключения, когда отключенный преобразователь потребляет почти ничего и пропускает напряжение через. Когда Atmega просыпается и ему необходимо выполнить измерение, он включает преобразователь, находит 5 В на VCC, выполняет измерения и передачу, отключает преобразователь, снова переходит в спящий режим. Это длится годами.
источник
Согласно вашим числам, вы получаете ожидаемое поведение между вашим датчиком, вашим микроконтроллером и вашим регулятором (8ma). Если вы хотите лучше, спите контроллер, выключите датчик и получите более подходящий регулятор.
источник
Измерьте фактический ток утечки в состоянии ожидания и в активном состоянии. Используйте амперметр между батареей и входом 7805. Типичная новая батарея на 9 В имеет более 300 мАч, и сам по себе ток покоя 7805 не может действительно потреблять все это - что-то подозрительное! Я измерял много батарей на 9 В, и они типично 500-600 мАч. Предостережение заключается в том, что все они являются щелочными, и если вы заинтересованы в том, чтобы получить максимальный срок службы, вам, конечно, нужно использовать щелочные батареи.
Есть ли реальная причина для использования одноразовых батарей 9 В в вашем приложении? Вы рассматривали что-то вроде 3х или 4х АА?
источник
Из
delayиloopфункций выглядит , как вы используете Arduino код.delayФункция является активным цикл, он не будет ставить микроконтроллер спать! Arduino API не поддерживает спящий режим.Прочитайте ATmega328P техническое описание и посмотреть страницу 34 для того, как перевести устройство в спящий режим.
источник
deepsleep?ВАЖНО: Если вы можете выключить датчик влажности DHT11 между использованиями, вы МОЖЕТЕ продлить срок службы батареи в 3 или 4 раза.
DHT11 имеет ток покоя 100-150 мкА в режиме ожидания. Вы должны разработать в худшем случае значение.
При включении питания требуется 1 секунда, чтобы «очистить голову» (примечание 4. стр. 5),
а затем наступает время настройки интерфейса (возможно, несколько десятков мс).
Из таблицы данных не очевидно, влияет ли время отклика на отключение питания, но, вероятно, нет.
В зависимости от времени между активациями выключение DHT11 может снизить ток покоя системы с примерно 200 мкА до примерно 50 мкА.
Стоит посмотреть.
Регулятор LM2936:
LM2936 , что вы упоминаете является превосходным регулятором , если он соответствует вашим требованиям. Низкое падение напряжения, низкий ток покоя, диапазон доступных выходных напряжений.
Я использовал их давно в продукте, который нуждался в их низком Iq, и был очень доволен ими. Хммм - это было около 1993 года - 25+ лет - старенький, но хороший.
Iout max составляет 50 мА, что соответствует вашим потребностям в таблицах.
Iq составляет 10 мкА при нагрузке 100 мкА и меньше при значительно меньшей нагрузке.
Vin составляет 5,5 - 40 В и фактически, вероятно, ближе к Vout. Вы можете получить 5V и 3V3 версии.
Ток нагрузки в режиме ожидания составляет менее 200 мкА.
При 200 мкА вы получите 100 / .2 = 500 часов в режиме сна на 100 мАч батареи.
Так около 20 дней на 100 мАч.
Так, скажем, 60 дней или два месяца с щелочной батареей "9 В" 300 - 500 мАч, ошибочной на консервативной стороне. Используйте 6 х 1,5 В щелочных батарей типа АА (около 3000 мАч), и вы должны приблизиться к 2 годам.
Непосредственная работа от 3 х АА щелочей дает Vin от 5 В начального (до 1,65 В / элемент) и 3,3 В при 1,1 В / элемент (примерно мертвый). Так что примерно 6 щелочных батарей AA с постоянным выходным напряжением. Если вы можете выдержать вход 3,3 - 5 В, просто используйте 3 щелочные батареи. АА почти 2 года эксплуатации. Ааа за меньшее.
источник