Usando un arduino en temperaturas bajo cero

Tengo la intención de utilizar un Arduino en un entorno con un clima muy variable. Será un proyecto al aire libre que permanecerá afuera durante todo el año con temperaturas que van desde un máximo máximo de aproximadamente 37C (~100F) hasta un máximo mínimo de aproximadamente ~35C (-31F). Es poco probable que realmente se alcancen estas temperaturas, pero no es inaudito. Lo más probable es que la temperatura fluctúe entre -15C (5F) y 30C (86F).

He leído que las hojas de datos de ATmega32u4 y XBee 1mW U.FL (que también tengo la intención de usar) indican que ambos deberían funcionar correctamente entre -40 y 85 grados centígrados. ¿Significa esto que el propio Arduino debería poder continuar con el funcionamiento normal? (si funciona un poco lento, está bien, siempre y cuando funcione normalmente)

Además, me preocupa la condensación. Tengo la intención de usar el siguiente gabinete para el proyecto http://www.adafruit.com/products/905 y tendré que perforar algunos agujeros para que los cables entren y salgan. ¿Obtendré condensación en el recinto? ¿Qué tan grande es este problema? ¿Hay una manera fácil de prevenirlo? Además, tengo curiosidad por saber si los agujeros que perforo para los cables serán problemáticos. ¿Alguien tiene algún consejo para sellarlos?

Con referencia a los comentarios sobre la incorporación de un calentador: si el único desafío fue el funcionamiento a baja temperatura, su circuito en sí es un calentador. Envuélvalo bien con varias capas apretadas de lana de vidrio, espuma de poliestireno o algún otro aislante muy bueno, luego colóquelo en el gabinete, y el aislamiento mantendrá el calor adentro y asegurará que el tablero se mantenga caliente mientras ocurra algún consumo de energía. . Si lo aísla demasiado bien, podría terminar con el problema opuesto: ¡demasiado calor! Ahora, en el extremo de alta temperatura del rango operativo, tiene un problema diferente :-)
¡Gracias por el consejo! Me pregunto si sería posible hacer un mantenimiento semestral y simplemente meter la lana y sacarla... Tal vez.
Estuve involucrado en un proyecto en el que toda la placa de circuito está envuelta en lana de vidrio, sellada con epoxi, colocada dentro de un recipiente de acero sellado a presión con una tapa de latón (creo). El despliegue es criogénico, e incluso un ciclo de mantenimiento anual sería impensable. El grosor de los conductores del cable de control tuvo que determinarse empíricamente, de modo que el calor extraído a través de los conductores equilibrara el calor generado dentro del circuito interior de potencia ultrabaja.
¡Guau! ¡Eso suena como un proyecto bastante intenso! Afortunadamente, lo que estoy trabajando no requiere mucha precisión en absoluto. Probablemente sería simplemente una cuestión de abrir un gabinete bastante estándar y cerrarlo nuevamente.
Si la unidad se va a abrir de vez en cuando para el mantenimiento, puede considerar dejar caer un paquete desecante para ayudar a prevenir la condensación. Desafortunadamente, una bolsa de 150 paquetes cuesta alrededor de 60 USD... link
@TimH ¡esos son paquetes grandes! Es posible que ni siquiera quepan en una carcasa RaspberryPi. Los paquetes más pequeños serían mucho más baratos.
Comience a recolectar paquetes desecantes de botellas de vitaminas y medicamentos, pedidos de piezas electrónicas, etc.

Respuestas (4)

Echa un vistazo a este loco experimento de Arduino con nitrógeno líquido http://3.14.by/en/read/arduino-liquid-nitrogen-overclocking Aunque esto no es exactamente lo que pediste, sin embargo, puedes tomar algunas ideas de las conclusiones en el final del artículo.

La parte más relevante son los límites que cambian drásticamente la capacitancia por debajo de 0 °C.
No se olvide de la falla de DBO, esto significa que la referencia analógica también depende de la temperatura. Tampoco confiaría en la funcionalidad ADC si usara una referencia interna en un rango de temperatura dado.
Creo que lo que obtengo de todo esto es que lo mejor que puedo hacer es mantener mi recinto calentado. ¿Estarías de acuerdo? ¿Alguna idea para prevenir o limitar la condensación?
Definitivamente. La mayoría de las cámaras de videovigilancia para exteriores tienen calefacción interna de la caja de la cámara para evitar la condensación en el vidrio frontal. Y están bastante bien sin conectores sellados, basta con los prensaestopas habituales. Sugiero también cubrir el tablero con barniz aislante. Aunque las cámaras dentro de estas cajas tienen PCB normales sin ningún tipo de recubrimiento de barniz. IHMO no necesitará un sellado de clase submarina. Tapa de caja de lluvia y nieve, prensaestopas con entradas de goma, calefacción y barniz.

Cables de alimentación

Para sus orificios, existen estos orificios de extracción en su caja seleccionada que se ajustan a un prensaestopas para alimentar un cable que tiene un sello de goma. Solo se puede alimentar un único cable por prensaestopas, ya que la junta es redonda. Estos prensaestopas suelen estar disponibles en cualquier tienda de bricolaje o ferretería.

Temperatura y humedad

No sé cuál es la temperatura nominal de Arduino, pero para un proyecto ferroviario holandés solíamos montar un elemento calefactor y un termostato debajo del equipo que estaba clasificado para 5 grados o más. Eso mantendría el dispositivo lo suficientemente caliente y seco. Creo que el mayor problema será la condensación.

¿Estás seguro de que el sobrecalentamiento no será un problema?

Gracias por la información sobre los cables de alimentación. No me había dado cuenta de eso. No había pensado en el sobrecalentamiento. Supuse que, dado que ambas partes parecen estar clasificadas para 85 C, eso no sería un problema. ¿Crees que es algo de lo que debería estar más cansado?
También tengo curiosidad por saber qué tipo de elemento usaste para mantener caliente tu equipo. ¿Usaste algo pequeño?
Las resistencias de potencia (del tipo bobinado de alambre grande) son buenas para calentar. No olvides algún tipo de control termostático para encenderlo y apagarlo, podría ser del Arduino pero mejor hacerlo a prueba de fallas en la electrónica. Si se trata de calentadores alimentados por batería, es posible que no sean una opción.

No sé con qué tipo de presupuesto está funcionando, pero también creo que la condensación será el mayor problema. Trabajé en un proyecto submarino donde tuvimos que sellar todo. Para conseguirlo utilizamos conectores sellados, como estos . De esta manera, podría sellar la interfaz con su caja y tener un ambiente cerrado en el interior casi sin humedad y sin entrada. Luego, puede aislar un poco la placa para asegurarse de que la temperatura se mantenga dentro de las especificaciones.

Gracias. Eso parece que podría ser muy conveniente. Cuando recibí la respuesta de @jippie sobre los prensaestopas, parecía que sería una buena solución, pero esta se ve aún mejor.

Suponiendo un Arduino Leonardo que tiene el 32u4, debe tener en cuenta que cada parte de la placa, desde la PCB y la SOLDADURA, hasta los pasivos, los conectores y los circuitos integrados tienen rangos de temperatura de funcionamiento. La mayoría no están diseñados para funcionar bajo cero (-18 °C/0 °F)

Una mirada rápida a las hojas de datos de las piezas de Leonardo muestra que el único IC que no superará los -45 °C es el NCP1117ST50T3G, el regulador de 5v. Tiene una temperatura mínima de funcionamiento de 0°C a una máxima de 125°C. Si omite el regulador de 5v usando un cargador de 5v dedicado, debe preocuparse de que el circuito del cargador de 5v funcione a temperaturas tan bajas.

La propia placa de circuito impreso, a -30 °C, debería evitar descargas innecesarias. Y para citar un comentario de ¿Cuál es la temperatura mínima para los PCB FR-4?

No es lo que está preguntando, pero... Además de observar el rango de temperatura de funcionamiento de cada parte, recuerde observar cómo interactúan. Diferentes materiales tienen diferentes coeficientes de expansión térmica (CTE), y las piezas con un CTE muy diferente al de FR4 tienden a ser las que fallan (se rompen o se salen del tablero) debido a los cambios de temperatura. Las piezas cerámicas grandes (como algunos osciladores de cristal) son la fuente más común de problemas según mi experiencia.

De hecho, el cristal utilizado en el Leonardo, un cristal SMD KX-7 de 16 MHz, sin conocer el fabricante específico, parece mostrar que varios fabricantes lo citan a una temperatura mínima de -20 °C. Y si las piezas se calientan por el uso mientras la tabla permanece más fría, puede hacer que las piezas se rompan solas. Recomiendo leer esa otra pregunta para obtener más detalles.

Los capacitores pasivos comunes experimentarán un cambio de capacitancia negativo que los hará inútiles en la mayoría de los circuitos.

En cuanto al recinto, es posible que desee buscar uno diseñado para temperaturas bajo cero, con calefacción.

Gracias por la respuesta informativa. ¿Crees que algunos de estos problemas podrían evitarse encerrando algún tipo de elemento calefactor dentro del recinto? ¿Tiene alguna recomendación para recintos? Aquí hay uno que encontré que el sitio sugiere que es "bajo cero", pero solo puedo encontrar una temperatura máxima en la hoja de datos. l-com.com/…
Además, dado que parece tener buenas ideas, tengo curiosidad por saber cuál es su opinión sobre la cuestión de la condensación. ¿Hay alguna manera de que pueda prevenirlo?
Los componentes pasivos también tienen límites de temperatura. Especialmente tapas electrolíticas y condensadores cerámicos Y5V. Crystal tendrá un cambio de frecuencia significativo a temperaturas negativas. Calentarlo a temperatura positiva es definitivamente la forma más sencilla.
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