Інжиніринг, обчислювальна техніка та дизайн

акумуляторів

Коли ви підете у світ Arduino, робототехніки та автоматизації, рано чи пізно Вам потрібно буде живити ваш Arduino від акумулятора.

Або тому, що ви робите робота, квадрокоптер або будь-який інший тип транспортного засобу, або тому, що хочете залишити підключеним монітор, який реєструє температуру, або споживання електроенергії, серед багатьох інших прикладів, правда в тому, що ви не завжди кабель для живлення нашого Arduino. У цих випадках, особливо у випадку транспортних засобів, нам потрібно буде надати батареї для нашого проекту.

З іншого боку, наші акумулятори не повинні забезпечувати живлення Arduino. У проектах з акумуляторами нам доведеться вивчити, чи достатні вони для харчування решти компонентів нашого проекту, як двигуни, сервоприводи, датчики.

Ми маємо велика кількість варіантів живлення наших проектів за допомогою акумуляторів. У цій публікації ми розглянемо основні із зазначенням переваг та недоліків кожного з них, щоб ви могли вибрати той, який найкраще відповідає вашому проекту.

Перш за все, ми побачимо варіанти, якими ми маємо живити наш проект за допомогою акумуляторів, як підсумок, два основні моменти, за допомогою яких ми можемо живити Arduino.

Загалом ми можемо:

  • Використовуйте вбудований регулятор напруги.
  • Прямо подайте регульовану напругу на номінальну напругу плати.

Використовуйте регулятор напруги

Всі плати Arduino мають регулятор напруги. Цей регулятор передбачає невелике падіння напруги, тому ми повинні забезпечити напругу не менше 6В. Нижче цієї напруги Arduino, швидше за все, вимкнеться.

З іншого боку, чим вище напруга, тим більше тепла повинен розсіювати регулятор. Не рекомендується подавати на регулятор напругу більше 12 В оскільки це передбачає надмірні зусилля. Забезпечення напруги понад 20 В негайно пошкодить регулятор.

Подайте регульовану напругу

Ми також можемо подати номінальну напругу (5 В або 3,3 В, залежно від моделі) безпосередньо на плату без використання регулятора. Інакше кажучи, ми можемо живити, подаючи 5 В на 5-контактний штифт Arduino. Наприклад, це те, що ми робимо, коли живимо Arduino від USB.

У разі подачі напруги безпосередньо джерело живлення, яке ми використовуємо, доведеться регулювати до номінальної напруги з високим ступенем точності. Варіація або стрибок напруги пошкодить Arduino, оскільки ми не використовуємо регулятор напруги.

Підсумовуючи

Таким чином, для забезпечення Arduino ми можемо:

  • Нанесіть напругу 6-12 В на штепсельну вилку, надану Arduino UNO, Mega, серед інших моделей
  • Прикладіть 6-12 В між штифтом GND та штифтом RAW (штифт Vin на Arduino Mini)
  • Живлення через USB
  • Покладіть 5 В (регульовано і стабільно!) На 5 В висновок (3,3 В на деяких моделях)

Щоб отримати додаткову інформацію про обмеження потужності в Arduino та точки входу в різних моделях, зверніться до схеми розпізнавання входу в Arduino.

Тепер, коли ми побачили, які варіанти у нас є для живлення Arduino, ми можемо побачити різні рішення, які нам потрібні для живлення наших проектів за допомогою акумуляторів.

Один акумулятор 9 В

Використання акумулятора 9 В є одним з найбільш розповсюджених варіантів, особливо для користувачів, які тільки починають і в невеликих проектах. Напруга 9 В підходить для живлення Arduino.

Вони мають ту перевагу, що їх легко знайти та використовувати. Крім того, доступні кабелі та тримачі для акумуляторів, які навіть мають роз'єм для роз'єму типу Arduino, що полегшує їх використання.

Як недоліки, Акумулятори 9 В мають низьку щільність енергії. Типова ємність акумулятора становить 500-600mAh. Крім того, вони забезпечують a дуже низький піковий струм, близько 300 мА, корисно лише для невеликих проектів.

З іншого боку, 9 В є непридатною напругою для більшості приводів. Це надмірно для більшості двигунів постійного струму та сервоприводів, тоді як цього недостатньо для великих безщіткових і крокових двигунів, які працюють від 12 В і, крім того, потребують набагато більше струму.

Ціна низька, але у них є великий недолік, оскільки вони не є акумуляторними пристроями, що разом із низьким зарядом робить у довгостроковій перспективі вони не економічні.

Підсумовуючи, варіант для невеликих збірок або простих випробувань, але це одразу не вистачає функцій, тому нам знадобляться чудові варіанти.

4 батареї типу АА 1,5 В

Використання чотирьох батарей типу АА послідовно, що забезпечують загальну напругу 6 В, є ще одним простим варіантом, який широко використовується в невеликих проектах та початкових проектах.

Ми можемо легко знайти тримачі для акумуляторів, кабелі та інші рішення для включення чотирьох батарей типу АА як форми живлення в наші проекти.

Акумулятори типу АА мають перевагу в тому, що їх легко знайти. Що ще, Напруга 6 В ідеально підходить для живлення двигунів постійного струму та сервоприводів.

Заряд вищий, ніж акумулятори 9В. Чотири звичайні батареї типу АА забезпечують 800-1500 мАг, тоді як у випадку використання лужних батарей типу АА ємність становить 1700-2800 мА.

Максимальна інтенсивність, яку ми можемо отримати, перевищує 1А, можливість витягувати до 2А. Але ми повинні пам’ятати, що завдяки кривим розряду кількість заряду, який ми можемо витягнути з купи, зменшується, чим швидше ми її зливаємо.

Ціна на батареї дешева, але оскільки вони довго не перезаряджаються, це не економічно.

Словом, ще один простий варіант, діє для невеликих проектів та роботів.

5 акумуляторів типу АА 1,2 В

Подібно до попереднього випадку, але цього разу з акумуляторними батареями. Ми можемо використовувати NiCd (не використовувані) або NiMh акумулятори. Напруга трохи нижча, 1,2 В на акумулятор, тому нам знадобиться 5 батарейок, щоб отримати 6 В.

Подібно до попередніх варіантів, ми можемо легко знайти тримачі для акумуляторів на 5 батарейок типу АА, а також усі види аксесуарів та кабелів для легкого підключення до Arduino.

Акумуляторні батареї типу АА знайти легко, але вони дорожчі, ніж акумуляторні. До цього ми повинні додати необхідність зарядного пристрою. Незважаючи на це, ці надмірні витрати швидко компенсуються, дешевше, ніж купувати акумулятори постійно.

Заряд акумуляторних батарей також дещо нижчий, ніж незарядних. Акумулятори NiCd мають заряд від 500 до 1000 мАг. NiMh акумулятори мають ємність від 600 до 2500 мАг.

Максимальна інтенсивність подібна, приблизно 1А стабільно, що достатньо для невеликих проектів та роботів.

Отже, використання 5 акумуляторів NiMh є є рекомендованим варіантом для невеликих проектів, які не потребують великих потреб в електричній інтенсивності або потужності, але які ми будемо використовувати часто, тому вигідно використовувати розчин для перезарядки.

2 літієві батареї 18650 3,7 В

18650 літієвих акумуляторів відомі тим, що живлять ліхтарики та портативні лазери. Хоча вони не так відомі як енергетичне рішення для Arduino, вони насправді є чудовим варіантом для розгляду.

Дві послідовно розміщені літієві батареї 18650 забезпечують напругу 7,4-8,2 В., що є ідеальною напругою для живлення Arduino. Ми також знаходимо тримачі для акумуляторів, які дозволяють легко включати ці акумулятори в наші проекти.

18650 літієвих акумуляторів перевага забезпечення високої вантажопідйомності. Акумулятори провідної марки забезпечують до 4800 мАг. ("Китайські" акумулятори мають набагато більшу ємність, хоча насправді вони забезпечують від 1500 до 2500).

Вони забезпечують розрядну здатність між 1C - 2C, залежно від моделі. Це передбачає максимальну інтенсивність до 10А, хоча для безпеки не рекомендується зливати більше 2-4 А, не будучи дуже впевненим у якості та характеристиках акумулятора.

Звичайно, 18650 літієві батареї можна зарядити. Хоча для акумуляторів 18650 потрібен спеціальний зарядний пристрій, вони дешеві і швидко окупаються.

Як недоліки, вони є трохи дорожчим варіантом, ніж попередні, особливо якщо ми купуємо хороші акумулятори (те, що рекомендується). Крім того, поводження з ними повинно бути обережнішим, оскільки неправильне використання літієвих акумуляторів може бути небезпечним, спричинити перегрів або навіть пожежу.

З іншого боку напруга дещо висока для двигунів постійного струму та сервоприводів, хоча ми можемо зменшити його, вставивши пару діодів, які слугуватимуть додатковим захистом для батарей.

Словом, більш досконалий варіант, ніж попередні цікавий для проектів та середніх роботів, з вищими вимогами до струму та потужності.

Банки акумуляторів USB на 5 В

Використання акумулятора USB, який використовується для подовження заряду акумуляторів мобільних телефонів, є цікавим варіантом для включення в наші проекти.

Їх перевага полягає в тому, що вони забезпечують регульований 5 В, отже ми можемо живити Arduino через USB, не турбуючись про необхідність регулювання напруги.

Багато з цих банків насправді включають одну літієву батарею 18650, а також невелику схему, яка підвищує та регулює напругу до 5 В. У цих випадках ми навіть можемо замінити одну батарею іншою, використовуючи ту саму коробку, одночасно заряджаючи розряджену батарею.

Напруга 5 В підходить для живлення найрізноманітніших компонентів, такі як двигуни постійного струму, сервоприводи, а також велика кількість пристроїв (датчики, світлодіодні стрічки, дисплеї ...).

Ці банки, звичайно, можна перезаряджати. Потужність є високою, оскільки можна знайти банки до 17000 мАг (хоча знову ж таки ви не повністю вірите в потужність, яку вони розміщують в рекламі).

Як недолік, це дещо дорогий варіант порівняно з іншими доступними варіантами. Крім того, максимальна інтенсивність є низькою, як правило, менше 2А, ​​що робить її нездійсненною для великих проектів.

Підсумовуючи, USB-акумулятор є гарним рішенням для мобільності, як ручна батарея, яка дозволяє нам легко перевіряти та збирати (і набагато краще, ніж акумулятор 9 В).

Це навіть варіант, який ми могли б розглянути в середніх проектах і роботах, якщо ми можемо повторно використовувати та обертати один і той же акумулятор між різними проектами, щоб скористатися його вартістю.

Нікель-металгідридні (NiMh) батареї

Це є перше "професійне" рішення, яке ми пропонуємо. Це схоже на випадок із батареями NiMh типу AA, але інтегровані як одна більша чи менша батарея та з роз’ємами.

Акумулятори NiMh мають, як правило, 5 комірок напругою 6 В або 8 комірок напругою 9,6 В. 5-елементні акумулятори на 6 В чудово підходять для проектів та роботів із сервоприводами та двигунами постійного струму.

NiMh акумулятори мають середньо-високу щільність енергії. Ми можемо знайти акумулятори ємністю від 300 до 5000 мАг, середньої ваги.

NiMh акумулятори можуть забезпечити значну кількість енергії. Залежно від якості моделі, яку вони можуть забезпечити, між 3-4С, що може означати до 15А у випадку великих акумуляторів.

До мінусів, NiMh акумулятори відносно дорогі, а також вони вимагають використання спеціального зарядного пристрою, що теж дорого. Необхідні з'єднання та кабелі для сильних струмів також роблять збірки дорожчими.

NiMh акумулятори підходять для середніх і великих проектів, де потрібні великі потужності та середні струми, особливо ті, що використовують сервоприводи (роботизовані озброєння, гексаподи, двоногі роботи), оскільки напруга 6 В ідеальна.

Літієві полімерні батареї (Lipo)

Полімерні літієві (Lipo) батареї найдосконаліший варіант годувати наші проекти.

LiPo батареї мають різну напругу, залежно від кількості елементів. Таким чином, 2-клітинний LiPo (2S) забезпечує 7,4 В-8,4, а 3-клітинний (3S) забезпечує 11,1-12,6 В. Обидві напруги достатні для живлення Arduino.

Акумулятори 2S (7,4-8,4 В) можна використовувати для живлення сервоприводів та двигунів постійного струму, хоча це дещо надмірна напруга, і її слід зменшити до 6-7В. 3S акумулятори (11,1-12,6 В) підходять для керування великими кроковими двигунами та безщітковими двигунами.

Функція акумуляторів LiPo найвища щільність енергії з піднятих варіантів. Ми можемо знайти акумулятори ємністю від 500 до 5000mAh.

Крім того, LiPo батареї мають перевагу забезпечують величезну інтенсивність. Можна знайти батареї 20-25C, що перетворюється на інтенсивність розряду від 50 до 100A, необхідну більшим двигунам.

LiPo батареї також є найдорожчий варіант, хоча вони є акумуляторними, вони економічні в довгостроковій перспективі, тим більше, якщо врахувати їх електричні характеристики.

Найбільшим недоліком цих акумуляторів є труднощі та обережність, які слід дотримуватися при їх використанні. Неправильне поводження з акумулятором LiPo може бути надзвичайно небезпечним, завдяки великій кількості енергії, яку вони накопичують.

Заряджання цих типів акумуляторів повинно здійснюватися за допомогою спеціальних зарядних пристроїв і не слід залишати без нагляду під час процесу. Навіть зберігання цих батарей повинно здійснюватися в контрольованих умовах.

Підсумовуючи, Акумулятори LiPo є найпотужнішим рішенням для живлення наших проектів, але вимоги до поводження та навантаження роблять це придатним лише для досвідчених користувачів та складні проекти, такі як великі роботи, квадрокоптери та інші великі транспортні засоби.

Ми розглянули різні способи живлення Arduino від акумулятора. Бажано зупинити свій вибір на акумуляторному рішенні, оскільки в перспективі воно дешевше.

Для початку батареї на 5 мАг підходять для невеликих роботів та невеликих проектів. Для проміжних збірок цікавим варіантом може бути поєднання 18650 літієвих батарей. Для більших збірок потрібні NiMh акумулятори для збірки напругою 6 В (особливо для сервоприводів) або LiPo у 2S або 3S (крокові двигуни або безщіткові).

Також може бути цікаво мати банк на 5 В, як портативний варіант для випробувань на місці, або коли ми не вдома.

І нарешті, не вірте потужностям (мАг), вказаним виробниками невизнаних брендів, оскільки вони навіть не наближені до реальності. (Це не означає, що ви його не купуєте, просто те, що не вірите потужності, яку вони говорять)

У нас уже є більшість варіантів живлення наших проектів Arduino за допомогою акумулятора, і ми можемо почати використовувати його в наших робототехнічних проектах.