Mérnöki munka, számítástechnika és tervezés

történő

Amint előbb-utóbb az Arduino, a robotika és az automatizálás világába kalandozik szükség lesz arra, hogy az Arduino-t akkumulátorral táplálja.

Vagy azért, mert robotot, kvadrokoptert vagy bármilyen más típusú járművet gyárt, vagy mert csatlakoztatva szeretne hagyni egy monitort, amely a hőmérsékletet vagy az elektromos fogyasztást rögzíti, sok más példa mellett, az az igazság, hogy nem mindig lesz egy kábel az Arduino működéséhez. Ezekben az esetekben, különösen a járművek esetében, elemeket kell biztosítanunk a projektünkhöz.

Másrészt az akkumulátorok nem biztosíthatják az Arduino áramellátását. Akkumulátoros projektekben meg kell vizsgálnunk, hogy ezek megfelelőek-e a projektünk többi elemének táplálására, mint a motorok, szervók, érzékelők.

Nekünk van nagyszámú lehetőség a projektjeink akkumulátorral történő ellátására. Ebben a bejegyzésben áttekintjük a legfontosabbakat, megjelölve mindegyik előnyeit és hátrányait, hogy kiválaszthassa azt, amelyik a legjobban megfelel a projektjének.

Azelőtt, hogy lássuk, milyen lehetőségek állnak rendelkezésre a projektünk akkumulátorokkal történő ellátására, összefoglalásként meglátjuk, a két fő pont, amellyel az Arduino-t működtethetjük.

Általában:

  • Használja a fedélzeti feszültségszabályozót.
  • Vezessen közvetlenül egy szabályozott feszültséget a kártya névleges feszültségére.

Használja a feszültségszabályozót

Az összes Arduino kártya rendelkezik feszültségszabályozóval. Ez a szabályozó kis feszültségesést feltételez, tehát legalább 6 V feszültséget kell biztosítanunk. Ezen feszültség alatt az Arduino valószínűleg leáll.

Másrészt minél nagyobb a feszültség, annál nagyobb hőt kell elvezetnie a szabályozónak. 12 V-nál nagyobb feszültség nem ajánlott a szabályozóra mert túlzott erőfeszítéssel jár. 20 V-nál nagyobb feszültség esetén azonnal károsodik a szabályozó.

Vezessen be egy szabályozott feszültséget

A névleges feszültséget (típustól függően 5 V vagy 3,3 V) a szabályozó használata nélkül közvetlenül a táblára is alkalmazhatjuk. Vagyis, áramellátást biztosíthatunk, ha 5 V-ot táplálunk az Arduino 5 V-os tűjéhez. Például azt csináljuk, amikor az Arduino-t USB-ről tápláljuk.

A feszültség közvetlen alkalmazása esetén az általunk használt áramellátást nagy pontossággal a névleges feszültségre kell beállítani. Változás vagy feszültségcsúcs károsíthatja az Arduino-t, mivel nem a feszültségszabályozót használjuk.

összefoglalva

Összefoglalva, az Arduino hatalmába állíthatjuk:

  • Csatlakoztasson 6-12 V feszültséget a többi modell mellett az Arduino UNO, Mega által biztosított aljzathoz
  • Helyezzen 6-12 V feszültséget a GND és a RAW tű közé (Vin tű az Arduino Mini-n)
  • Tápellátás USB-n keresztül
  • Alkalmazzon 5 V-ot (szabályozott és stabil!) Az 5 V-os tűre (3,3 V bizonyos modelleken)

Az Arduino teljesítménykorlátozásáról és a különböző modellek belépési pontjairól további információt az Arduino Pinout-séma bejegyzésében talál.

Most, hogy láttuk, milyen lehetőségeink vannak az Arduino áramellátására, láthatjuk a különböző megoldásokat, amelyekkel projektjeinket akkumulátorokkal működtethetjük.

Egy 9V-os akkumulátor

A 9 V-os akkumulátor használata az egyik legelterjedtebb lehetőség, különösen a kezdő felhasználók és a kis projektek számára. A 9 V feszültség megfelelő az Arduino táplálásához.

Előnyük, hogy könnyen megtalálhatók és használhatók. Ezen felül elérhetők kábelek és akkumulátortartók, amelyekbe még egy Arduino típusú jack csatlakozó is beépül, ami megkönnyíti a használatukat.

Hátrányként, A 9 V-os elemeknek alacsony az energiasűrűsége. Az akkumulátor tipikus kapacitása 500-600mAh. Ezen felül biztosítják a nagyon alacsony csúcsáram, körülbelül 300mA, csak kis projekteknél hasznos.

Másrészről, A 9V a legtöbb működtető számára alkalmatlan feszültség. Ez a legtöbb egyenáramú motor és szervó esetében túlzott, míg a nagy kefe nélküli és léptető motorokhoz nem elegendő, amelyek 12 V-mal működnek, és emellett sokkal nagyobb áramot igényelnek.

Az ár alacsony, de nagy hátrányuk, hogy nem újratölthető eszközök, amelyek alacsony töltöttségükkel együtt hosszú távon nem gazdaságosak.

összefoglalva, opció kis szerelvényekhez vagy egyszerű tesztekhez, de ez azonnal elmarad a jellemzőktől, ezért kiváló lehetőségekre lesz szükségünk.

4 db AA 1,5 V-os elem

Négy AA elem sorozatban történő alkalmazása, összesen 6 V-os áramellátás, egy másik egyszerű lehetőség, amelyet széles körben alkalmaznak kis projektekben és induló projektekben.

Könnyen megtalálhatjuk az elemtartókat, kábeleket és egyéb megoldásokat, amelyek négy AA elemet tartalmaznak energiaforrásként a projektjeinkben.

Az AA elemek előnye, hogy könnyen megtalálhatók. Mi több, A 6 V feszültség tökéletes DC motorok és szervók táplálásához.

A töltés meghaladja a 9 V-os elemeket. Négy hagyományos AA elem 800-1500 mAh-t biztosít, míg alkáli AA-elemek használata esetén a kapacitás 1700-2800mA.

A maximális intenzitás, amelyet elérhetünk, meghaladja az 1A-t, 2A-ig képes kinyerni. De nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy a kisülési görbék miatt a halomból kinyerhető töltés mennyisége csökken, minél gyorsabban ürítjük.

Az elemek ára olcsó, de mivel hosszú távon nem tölthetők fel, nem gazdaságos.

Röviden, egy másik egyszerű lehetőség, kis projektekre és robotokra érvényes.

5 db AA 1,2 V-os újratölthető elem

Hasonló az előző esethez, de ezúttal újratölthető elemekkel. Használhatunk NiCd (használaton kívüli) vagy NiMh elemeket. A feszültség valamivel alacsonyabb, akkumulátoronként 1,2 V, ezért 5 elemre lesz szükségünk ahhoz, hogy megkapjuk a 6 V-ot.

Az előző opciókhoz hasonlóan könnyen megtalálhatunk elemtartókat 5 AA elemhez, valamint mindenféle tartozékot és kábelt az Arduino-hoz való könnyű csatlakozáshoz.

Az AA újratölthető elemeket könnyű megtalálni, de drágábbak, mint a nem újratölthető elemeké. Ehhez hozzá kell adnunk a töltő igényét. Ennek ellenére, ezeket a túlköltségeket gyorsan ellensúlyozzák, olcsóbb, mint az akkumulátorok folyamatos vásárlása.

Az újratölthető akkumulátorok töltöttsége is valamivel alacsonyabb, mint a nem tölthető elemeké. A NiCd akkumulátorok töltése 500-1000 mAh között van. A NiMh akkumulátorok kapacitása 600-2500 mAh között van.

A maximális intenzitás hasonló, kb. 1A fenntartható, ami kis projektekhez és robotokhoz elegendő.

Ezért 5 újratölthető NiMh elem használata a kis projektek ajánlott lehetősége, amelyek nem igényelnek nagy igényt az elektromos intenzitásra vagy kapacitásra, de amelyeket gyakran fogunk használni, ezért kifizetődő újratölthető megoldást használni.

2 db 3,7 V-os lítium 18650 elem

18650 lítium elem ismert az elemlámpák és a kézi lézerek táplálására. Bár nem annyira ismertek, mint az Arduino energiaellátási megoldásai, valójában remek lehetőség, hogy fontolóra vegyék őket.

Két sorozatban elhelyezett 18650 lítium elem 7,4–8,2 V feszültséget biztosít, ami tökéletes feszültség az Arduino táplálásához. Találunk elemtartókat is, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy ezeket az elemeket könnyedén beépítsük projektjeinkbe.

18650 lítium elem van a nagy teherbírás biztosításának előnye. A csúcskategóriás akkumulátorok akár 4800 mAh-s feszültséget képesek biztosítani. (A "kínai" akkumulátorok sokkal nagyobb kapacitást kínálnak, bár valójában 1500-2500 között szállítanak).

A modelltől függően 1C - 2C kisülési kapacitást biztosítanak. Ez maximum 10A maximális áramot feltételez, bár a biztonság kedvéért nem tanácsos 2-4 A-nál többet lemeríteni anélkül, hogy nagyon biztos lenne az akkumulátor minőségében és tulajdonságaiban.

természetesen, 18650 lítium elem újratölthető. Bár az 18650 akkumulátorokhoz speciális töltő szükséges, azok olcsók és gyorsan megtérülnek.

Hátrányként, ezek valamivel drágábbak, mint az előzőek, főleg, ha jó elemeket vásárolunk (olyat, ami ajánlott). Ezenkívül óvatosabb a kezelésük, mivel a lítium elemek nem megfelelő használata veszélyes lehet, amely túlmelegedést vagy akár tüzet okozhat.

Másrészről a feszültség némileg magas az egyenáramú motorok és szervók esetében, bár egy dióda behelyezésével csökkenthetjük, ami további védelmet jelent az elemek számára.

Röviden, fejlettebb lehetőség, mint az előzőek érdekes projektek és közepes méretű robotok számára, magasabb áram- és kapacitásigénnyel.

5 V-os USB akkumulátor bankok

Az USB akkumulátor használata, amelyet a mobiltelefonok akkumulátorának meghosszabbítására használnak, érdekes lehetőség a projektjeinkbe beépítésre.

Előnyük, hogy szabályozott 5 V-ot biztosítanak, tehát az Arduino-t USB-n keresztül táplálhatjuk, anélkül, hogy aggódna a feszültség szabályozásának szükségessége miatt.

Sok ilyen bank tulajdonképpen egyetlen 18650-es lítium akkumulátort tartalmaz, valamint egy kis áramkört, amely 5 V-ra emeli és szabályozza a feszültséget. Ezekben az esetekben akár egy akkumulátort is kicserélhetünk egy másikra, ugyanabban a dobozban, miközben a lemerült akkumulátort töltjük.

Az 5 V-os feszültség sokféle alkatrész táplálására alkalmas, például egyenáramú motorok, szervók, valamint nagyszámú eszköz (érzékelők, LED-szalagok, kijelzők ...).

Ezek a bankok természetesen újratölthetők. Az energiakapacitás magas, így akár 17 000 mAh-s bankokat is találhat (bár megint nem hiszi el teljesen a hirdetésekben elhelyezett kapacitásokat).

Hátrányként, ez kissé drága lehetőség a többi rendelkezésre álló lehetőséghez képest. Ezenkívül a maximális intenzitás alacsony, jellemzően kevesebb, mint 2A, ami nagy projektek esetében megvalósíthatatlanná teszi.

összefoglalva, az USB akkumulátorbank jó mobilitási megoldás, Tartozékként, amely lehetővé teszi számunkra a könnyű tesztelést és összeszerelést (és sokkal jobb, mint egy 9 V-os elem).

Még egy lehetőség is, amelyet mérlegelhetnénk közepes méretű projekteknél és robotoknál, mindaddig, amíg ugyanazt az akkumulátort újra felhasználhatjuk és forgathatjuk a különböző projektek között, hogy kihasználjuk annak költségeit.

Nikkel-metálhidrid (NiMh) elemek

Ez az első általunk javasolt "pro" megoldás. Hasonló az AA NiMh akkumulátorok esetéhez, de egyetlen nagyobb vagy kisebb elemként integrálva, csatlakozókkal rendelkezik.

A NiMh akkumulátorok általában 5 cellával rendelkeznek, amelyek feszültsége 6 V, vagy 8 cellával, amelyek feszültsége 9,6 V. Az 5 cellás 6 V-os akkumulátorok kiválóak szervókkal és egyenáramú motorokkal ellátott projektekhez és robotokhoz.

A NiMh akkumulátorok közepesen nagy energiasűrűségűek. Találhatunk akkumulátorokat, amelyek kapacitása 300 és 5000 mAh között van, közepes súlyúak.

A NiMh akkumulátorok jelentős mennyiségű energiát képesek biztosítani. A modell minőségétől függően 3-4C között képesek biztosítani, ami nagy akkumulátorok esetén akár 15A-t is jelenthet.

Hátrányokkal, A NiMh akkumulátorok viszonylag drágák, és speciális töltőt is igényelnek, ami szintén drága. A nagy áramokhoz szükséges csatlakozások és kábelek szintén drágábbá teszik az egységeket.

A NiMh akkumulátorok közepes és nagy projektekhez alkalmasak, ahol nagy kapacitásra és közepes áramra van szükség, különösen azok, amelyek szervókat használnak (robotkarok, hatlapúak, kétlábú robotok), mivel a 6 V feszültség ideális.

Lítium polimer elemek (Lipo)

A polimer lítium (Lipo) elemek a legfejlettebb lehetőség a projektjeink táplálására.

A LiPo akkumulátorok különböző feszültségűek, a cellák számától függően. Így a 2-cellás LiPo (2S) 7,4 V-8,4, a 3-sejtes (3S) pedig 11,1-12,6 V-ot szolgáltat. Mindkét feszültség megfelelő egy Arduino táplálásához.

2S akkumulátorok (7,4–8,4 V) használhatók szervók és egyenáramú motorok táplálására, bár kissé túlzott feszültségről van szó és 6-7V-ra kell csökkenteni. A 3S akkumulátorok (11,1–12,6 V) alkalmasak nagy léptetőmotorok és kefe nélküli motorok meghajtására.

LiPo akkumulátorok a legnagyobb energiasűrűség a felvetett lehetőségek közül. Találhatunk 500 és 5000mAh közötti kapacitású elemeket.

Ezenkívül a LiPo akkumulátorok előnye óriási intenzitást nyújtanak. Lehetséges 20-25C-os elemeket találni, amelyek 50-100A kisütési intenzitást jelentenek, amelyet nagyobb motorok igényelnek.

A LiPo akkumulátorok is a legdrágább lehetőség, Bár újratölthetőek, hosszú távon gazdaságosak, még inkább, ha figyelembe vesszük elektromos jellemzőiket.

Ezeknek az akkumulátoroknak a legnagyobb hátránya a használatukkal járó nehézség és gondosság. A LiPo akkumulátor nem megfelelő kezelése rendkívül veszélyes lehet, az általuk tárolt nagy mennyiségű energia miatt.

Az ilyen típusú akkumulátorokat speciális töltőkkel kell tölteni, és a folyamat során nem szabad őket felügyelet nélkül hagyni. Ezeknek az akkumulátoroknak még ellenőrzött körülmények között történő tárolását is el kell végezni.

összefoglalva, A LiPo akkumulátorok a legerősebb megoldás projektjeink áramellátására, de a kezelési és rakodási követelmények alkalmassá teszik csak haladó felhasználók számára és összetett projektek, például nagy robotok, kvadrokopterek és más nagy járművek.

Áttekintettük az Arduino akkumulátorral történő táplálásának különböző módjait. Célszerű újratölthető megoldást választani, mert hosszú távon olcsóbb.

Kezdetnek 5 mAh-s akkumulátorok megfelelőek kis robotokhoz és kis projektekhez. Közbenső szerelvények esetében érdekes lehetőség lehet 18650 lítium elem kombinációja. A nagyobb szerelvényekhez NiMh elemekre lesz szükség, 6 V-os (különösen szervókkal rendelkező projektek) vagy LiPo, 2S vagy 3S (léptetőmotoros vagy kefe nélküli) szerelvényekhez.

Érdekes lehet egy 5 V-os bank is, mint hordozható lehetőség a helyszíni tesztekhez, vagy amikor távol vagyunk otthonról.

És végül ne higgyünk az el nem ismert márkák gyártói által jelzett kapacitásoknak (mAh), mert azok még távolról sem állnak közel a valósághoz. (Ami nem azt jelenti, hogy nem veszed meg, csak azt, hogy nem hiszel abban a kapacitásban, amit mondanak)

Arduino projektjeink akkumulátorral történő áramellátására a legtöbb lehetőség már megvan, és elkezdhetjük használni robotikai projektjeinkben.