Nota : Todas las referencias a suministros de 5 voltios, etcétera, se aplican únicamente a las placas Arduino estándar que se basan en un diseño de 5 voltios . Las placas como Arduino Due , Fio y las versiones de 3,3 voltios de Pro y Pro Mini , así como los clones de Arduino de 3,3 voltios , deben tener esto en cuenta: donde vea que se mencionan 5 voltios, reemplácelos con 3,3 voltios para esas placas.
Primero, los factores de decisión para el tipo de fuente de energía :
¿Qué hace tu proyecto, cuánta energía consume en su punto máximo (adivina si no puedes medirlo) y qué porcentaje de tiempo está programado para permanecer en modo de bajo consumo ?
- Si el dispositivo va a tener poca energía la mayor parte del tiempo, una verruga de pared es un desperdicio y un inconveniente, en comparación con un paquete de baterías autónomo.
- Sin embargo, si el requisito de potencia máxima es alto, como múltiples LED de alta potencia o un motor en marcha, entonces una verruga de pared tiene sentido.
¿Qué tan accesible físicamente es el dispositivo o qué tan accesible desea que sea su interior?
- Si el dispositivo se colocará permanentemente en un lugar apartado, las verrugas de pared evitan la molestia de cambiar las baterías.
- Si no quiere que nadie accidentalmente oa propósito abra el gabinete y juegue con la placa del dispositivo ( lo tiene en un gabinete, ¿verdad? ), Entonces, nuevamente, la verruga de la pared es la mejor opción.
¿Se pretende la portabilidad o el uso portátil?
- Claramente, en tales casos, el dispositivo debe funcionar con batería.
- Un enfoque híbrido es usar baterías recargables, agregar un circuito de cargador en el gabinete y cargarlo desde una verruga de pared según sea necesario. Más ecológico que tirar las baterías a menudo, pero evita atar el dispositivo a un cable de alimentación.
¿Hay una línea eléctrica disponible en el lugar de despliegue permanente?
- Si no, entonces las verrugas de la pared están evidentemente descartadas.
- Los paneles solares y las baterías recargables se han utilizado mucho para proyectos de monitoreo remoto del clima, ese es un enfoque interesante. Nuevamente, necesita electrónica adicional para la carga solar y el monitoreo de la batería.
¿ Siempre activo es relativamente importante?
- Dependiendo de las condiciones de suministro de la red, algunos lugares impedirían una verruga en la pared. Las baterías son la única opción.
- Sin embargo, las baterías presentan sus propios desafíos cuando están siempre encendidas: se necesita alguna forma de alerta perceptible (p. ej., zumbador fuerte)/remota (p. ej., radio) para las condiciones de batería baja, que se activa antes de que la batería se agote demasiado para dicha alerta.
- Por supuesto, los Arduinos no están especificados para una operación siempre activa de misión crítica: si bien se comportan lo suficientemente bien en la práctica si se operan las 24 horas del día, los 7 días de la semana, asegúrese de que la seguridad de nadie dependa de esta operación.
Ahora, la opción de verruga de pared:
Si es posible, utilice un wall-wart regulado de alta calidad de 5 voltios (adaptador de alimentación de red aislado con una salida limpia de CC de 5 voltios )
- Conéctelo al pin de +5 V del Arduino, no al VIN o al conector de CC, evitando así el regulador de 5 voltios integrado, que de lo contrario generaría algo de calor en la placa. En implementaciones permanentes, el calor provoca la degeneración o falla del dispositivo.
- A menudo, los cargadores de teléfonos móviles USB de marcas sensibles a la calidad brindan una excelente potencia regulada de 5 voltios, a un precio inigualable: ¡simplemente use el mejor cargador USB que tenga de repuesto! Esto no es aplicable a las placas de 3,3 voltios, por supuesto.
- Verifique la calidad de la potencia de salida de la verruga de pared que elija antes de confiarle su preciado dispositivo: algunos cargadores pueden generar 6 o más voltios mientras que nominalmente son adaptadores de 5 voltios. Muchos de los microcontroladores de uso común en los diseños estándar de Arduino no pueden tolerar voltajes superiores a 5,5 voltios, ¡así que adiós Arduino!
Si la calidad de la regulación de voltaje de la verruga de pared no está asegurada, entonces se sugiere usar una verruga de pared diseñada para una salida de CC de 7,5 a 9 voltios, con el regulador de voltaje integrado IC realizando la regulación de 5 voltios:
- La recomendación oficial de Arduino establece " 9 a 12 V CC, 250 mA o más, enchufe de 2,1 mm, pin central positivo " .
- Sin embargo, los diseños Arduino de 5 voltios aceptan voltajes de hasta 7 voltios, incluso menos en caso de apuro. Cuanto mayor sea el voltaje suministrado, mayor será la cantidad de energía que el regulador de voltaje integrado debe desperdiciar como calor , y ya lo discutimos. De ahí el rango de voltaje conservador sugerido anteriormente, a pesar de la postura oficial sobre este asunto.
- Esto se conecta al conector de barril de CC si está disponible, o al pin VIN (y GND para el cable negativo), en la placa Arduino, no al pin de +5V mencionado para el método anterior.
- Lo mejor es encontrar una verruga de pared clasificada para 500 mA o incluso 1 amperio, si es posible. Dos razones: (1) El Arduino y cualquier otra cosa que constituya su dispositivo permanente, tendrá margen para consumir más de la recomendación mínima de 250 mA, y (2) los adaptadores de corriente de mayor capacidad generalmente duran más si funcionan con una capacidad muy por debajo de la capacidad nominal. ya que están diseñados para hacer frente a una carga mayor.
Si alguna parte del dispositivo Arduino permanente, por ejemplo, un motor o los LED Piranha, requiere una corriente alta , que para esta discusión es algo mayor que, digamos, 100 mA, entonces es mejor suministrar energía a ese subsistema directamente desde el suministro de la verruga de la pared. en paralelo al suministro que se proporciona a la propia placa Arduino.
- Esto requiere decisiones de diseño específicas, como controlar el dispositivo de alta corriente a través de un BJT, un MOSFET o un relé, y garantizar que las conexiones a tierra de los respectivos subsistemas (el Arduino y esa cosa que consume mucha energía que está controlando) estén bien conectadas, en un punto único.
- Al suministrar esta energía directamente desde el VIN, o peor aún, la línea de +5 V en la placa Arduino genera una tensión térmica innecesaria en las pistas y los componentes de la PCB Arduino, como el diodo rectificador, y para el caso de +5 V, el regulador de voltaje integrado. .
Para usar una batería:
- Utilice baterías diseñadas para suministrar una corriente superior a la corriente máxima que necesita el dispositivo. Las baterías de 9 voltios con forma de caja rectangular generalmente no están especificadas para tales corrientes (algunas lo están), por lo que es mejor evitarlas.
- Si el dispositivo pasa un gran porcentaje de tiempo en modos inactivos de bajo consumo, se recomienda un tipo de batería de baja corriente de fuga para prolongar el período de funcionamiento.
- Utilice un juego de baterías que suministren al menos 6,5 voltios, por ejemplo, 5 celdas AA, y conéctelas a PWRIN (conector cilíndrico de CC) o VIN y GND, como antes.
- Si el dispositivo basado en Arduino no es sensible a la calidad del voltaje de suministro, por ejemplo, no utiliza el ADC de Arduino para la adquisición de datos confidenciales, se puede lograr una eficiencia adicional mediante el uso de un regulador reductor de CC-CC de 5 voltios entre la batería y el circuito. , y alimentando la salida al pin +5V (y GND). Los reguladores Buck o los reguladores DC-DC de modo de conmutación son más eficientes que los reguladores lineales como el que está a bordo del Arduino. Por lo tanto, se desperdicia menos energía en forma de calor y las baterías deberían durar más.
- Si se desea un funcionamiento con batería recargable, una buena opción es un protector de batería LiPo que incorpora la carga y el control de la batería en un solo lugar. Algunos de estos escudos incluso tienen un regulador de conmutación de 5 voltios, con 5 voltios de CC regulados de manera eficiente que se alimentan directamente al pin de +5V del Arduino.
- Si es posible, diseñe alguna forma de informe del estado de la batería en el dispositivo Arduino permanente, de modo que se pueda proporcionar una advertencia temprana mucho antes de que se agoten las baterías.
Una estrategia de batería interesante consiste en diseñar el dispositivo Arduino final para que funcione con un voltaje operativo reducido, como 3,5 voltios y más. Esto requiere el uso de un cristal de reloj reducido (digamos 8 MHz en lugar de 16 o 20 MHz), el microcontrolador necesita esta frecuencia reducida para un funcionamiento estable a un voltaje reducido.
Luego, el dispositivo se alimenta con solo 3 celdas AA , por lo que el voltaje del paquete de baterías varía de 4,5 voltios a plena potencia, hasta aproximadamente 3,0 voltios en estado agotado. No se requiere regulación de voltaje, el paquete de baterías se alimenta directamente al pin de +5V en el Arduino.
Esto también elimina la pérdida de eficiencia en el regulador de voltaje integrado, que se pasa por alto en esta disposición. Siempre que el juego de 3 baterías pueda proporcionar al menos el voltaje mínimo al que puede operar el microcontrolador específico, su dispositivo seguirá funcionando. Esta información se puede determinar a partir de la hoja de datos del microcontrolador particular que se utilizará.
Espero que las notas anteriores proporcionen al menos una base inicial para diseñar la solución de energía para la implementación permanente de su proyecto Arduino.