Лабораторный блок питания на Arduino. Питание для Arduino, востанавливаем ардуино Питание ардуино компьютерным блоком питания

Тема питания для arduino очень важна, я решил ей уделить целую статью поскольку сам имел печальный опыт. Так как в основе arduino находиться микроконтроллер, то наша плата становится заложником стабильного питания, при превышении которого плата может выйти из строя и иногда дешевле приобрести новую чем ее ремонтировать. В данной статье мы обсудим как избежать "Гибели" arduino и даже продлить ей жизнь.

Ну как обычно мы начнем с arduino uno r3, для остальных версий arduino все будет похоже.

Приведу немного характеристик arduino uno:

Под рабочим напряжением имеется в виду рабочее напряжение микроконтроллера. Данный микроконтроллер может работать с напряжением от 1,8 до 5 вольт(1.8 - 5.5V for ATmega328P - datasheet). Отсюда уже можно понять что пониженное напряжение для него не страшно, это только может сказаться на работе подключенных датчиков и серийном порте. Но превышение 5.5 вольт является очень критичным, как только напряжение превысит этот показатель то микроконтроллер(далее МК) сгорит. Так же в оригинальных ардуино или копиях оригинала для связи МК с компьютером есть еще одна МК Atmega16u2, данная микросхема отвечает за прошивку основной МК atmega328 и связи ее с компьютером(по сути она преобразует сигнал последовательного порта rs-232 ttl в параллельный usb). Для запуска atmega16u2 необходимо больше напряжение, минимальное напряжение 2.7В (Operating Voltages – 2.7 - 5.5V - datasheet).

В arduino предусмотрено подключение питания 3-мя различными способами:

1. Питание от USB компьютера или другого устройства
2. Через разъем для питания
3. Разъемы GND и Vin на плате

Напряжение от usb поступает напрямую на плату не через стабилизатор, так как в usb стабильное напряжение 5 вольт которое нам подходит. Напряжение в остальных двух случаях проходит через стабилизатор NCP1117ST50T3G который выдает на выходе 5 вольт. Перед стабилизатором в схеме предусмотрен диод D1(M7) он защищает от не правильной полярности. Контакт Vin тоже попадает на стабилизатор.
На схеме часть со стабилизатором и входом обозначена розовым цветом VOLTAGE REGULATOR SUBSYSTEM. Так как в данных платах предусмотрено напряжение 3,3 вольта после получение со стабилизатора 5 вольт или от usb напряжение попадает на второй стабилизатор LP2985-330BVR в результате чего оно понижается до 3,3 вольт (на схеме выделено голубым MULTIPLE INPUT MANAGEMENT SUBSYSTEM). Но и это еще не все, для защиты портов usb на плате предусмотрен предохранитель F1 (500мА) - защита от больших токов. На плате предусмотрено отключение питание usb при наличии достаточного напряжения на входе Vin или разъеме питания. Принцип действия заключается в том, что напряжение Vin попадает на делитель напряжения образованный резисторами RN1A и RN1B, после этого напряжение попадает на компаратор (микросхема LMV358IDGKR) на втором входе (-) 3,3 вольт. Выход компаратора управляет затвором p-канального MOSFET транзистора FDN340P, в случае если напряжение на входе больше 6,6 вольт на затвор попадает положительное напряжение и цепь USBVCC обрывается (отключается питание usb), а если меньше то питание usb идет дальше по схеме и попадает на "шину" +5 и стабилизатор 3,3 вольт. Для примера на входе 7 вольт, после делителя получилось 3,5 вольт и это больше чем 3,3 на втором входе компаратора, а значит на выходе компаратора и затворе транзистора положительное напряжение и как следствие цепь usb отключается.

Поскольку со схемой питания мы разобрались, перейдем к неисправностям.

Неисправности и их решения

1. Нет питание от usb, плата не определяется компьютером

Что делать если ваша плата перестала определяться?! Первым делом нужно проверить напряжение на микроконтроллере atmega16u2, именно она отвечает за загрузку скетча, определения платы и обеспечивает работу терминала. Отсутствие напряжение на микроконтроллере означает потерю связи компьютер-плата. Для начала нужно проверить поступает ли напряжение на плату, удобнее это сделать с обратной стороны. Для того что бы проверить входное напряжение на плате нужно подключить кабель к usb и замерить напряжение на выходах отмеченных на рисунке ниже.

Если там напряжение около 5 вольт значит идем дальше, если нет проверяем кабель и устройство к которому подключаем. Для дальнейшей проверки мы будем пользоваться рисунком ниже.

Поскольку напряжение поступает на плату дальше можно проверять все по цепи питания либо замерить напряжение на микроконтроллере atmega16u2 (на рисунке отмечен синим цветом). Мы будем проверять напряжение на микроконтроллере, это может иногда сэкономить время. Поскольку размеры atmega16u2 не большие мы будем замерять напряжение на контакте конденсатора C7 (отмечен красным, связан с плюсом питания микросхемы) и контакте конденсатора С9 (отмечен красным, связан с плюсом питания микросхемы). При отсутствии напряжения около 5 вольт, есть смысл проверить предохранитель F1 (на схеме рисунке отмечен коричневым цветом). При выходе из строя предохранителя нужно заменить на похожий для токов 500мА, либо запаять перемычку(небезопасно ). Ну а если дело не в предохранителе берем схему и проверяем все по порядку.

Если же напряжение atmega16u2 нормальное (около пяти вольт) то нужно смотреть в сторону контроллера и интерфейса usb, можно проверить входные сопротивления на рисунке отмечены фиолетовым цветом (должны быть номиналом 20ОМ). Если же сопротивления в порядке, следует проверить сам микроконтроллер для это нужно подключить программатор к разъему программирования isp справа от микроконтроллера и попробовать считать с него данные. В случае успеха не стоит радоваться заранее, у микроконтроллера могут выгореть ножки подключенные к усб, но в целом он будет работать. Признаки не исправного микроконтроллера:

• Сильно греется (за пару секунд нагревается до больших температур)
• Возрастает энергопотребление
• Возможно не все ноги микроконтроллера работают

Так же есть небольшая вероятность выхода из строя кварцевого генератора (обведен на рисунке зеленым цветом), можно проверить его осциллографом. В случае неисправности atmega16u2 её необходимо заменить, но её крохотные размеры делают замену очень очень трудной. Можно работать если "жив" основной микроконтроллер atmega328p и без atmega16u2, прошивая атмегу 328-ую программатором через isp разъем, но если atmega16u2 греется то перегревом она может вывести из строя другие элементы.

На фото выпаянный микроконтроллер atmega16u2:

2. Нет питания микроконтроллера (5 Вольт)

У вас подозрение что напряжение а микроконтроллере далеко не 5 вольт или его вовсе нет?! За напряжение 5 вольт от внешнего источника отвечает стабилизатор напряжения NCP1117ST50, при потере питания 5 вольт стоит проверить его. Причинами выхода из строя может быть несколько перегрев, превышение допустимых токов и т.д. Расположение и схема включение показана на рисунке ниже.

Для проверки напряжения на стабилизаторе нужно измерить напряжение между ногами GND(1) и Output(2), оно должно быть 5 вольт. При отсутствии или меньшем напряжении нужно проверить напряжение на входе, для этого нужно замерить напряжение на ногах GND(1) и Input(3) оно должно быть примерно таким как источника питания. При отсутствии напряжения нужно проверить диод D1 (отмечен на рисунке ниже). При низком напряжении на выходе стоит так же проверить конденсаторы С1 и С2 которые расположены под разъемом питания.

Если же конденсаторы в подряде и напряжение на входе нормальное, то следует заменить стабилизатор NCP1117ST50 (при отсутствии такого можно использовать AMS1117 5.0 - применяется в китайских копиях Arduino UNO).

Замена стабилизатора

Для замены стабилизатора без фена (паяльником) я откусываю кусачками три ноги как на рисунке ниже.

Металлическое основание стабилизатора откусывать не надо (оно выполняет функцию теплоотвода), после того как мы ампутировали три ноги его достаточно хорошо прогреть паяльником и снять стабилизатор пинцетом. Я пытался откусить основание и оторвал немного дорожку под ним, это не критично но с точки зрения эстетичности так себе. Осталось выпаять оставшиеся концы ног, после чего Вуаля:

Запаиваем новый стабилизатор и радуемся работоспособности. Таким же методом и меняем стабилизатор (откусыванием ног) 3,3 вольт.

3. Нет напряжения 3,3 вольта

В вашей плате исчезло напряжение 3,3 вольта?! Это пожалуй самый простой сценарий и легко поправимый. За преобразования напряжения в 3,3 вольта отвечает маленькая микросхема LP2985-33DBVR, и с связан ней только один элемент конденсатор С3 1мкф. В случае отсутствия нужного напряжения есть смысл первым делом смотреть в ее сторону. Нам нужно проверить напряжение на её входе и выходе.

Для проверки входного напряжение мы должны проверить напряжение на ноге Vin(1) и GND(2), как на рисунке выше. В случае наличие напряжение там около 5 вольт мы будем проверять выходное напряжение, в противном случае нужно искать по схеме где "обрыв". Для проверки напряжения на выходе стабилизатора необходимо замерить напряжение между контактами Vout(5) и Gnd(2), при нормальной работе там будет 3,3 вольта. Так же особенностью данного стабилизатора является то что у нее есть контакт включения и выключения, те для работы нужно подать на 3-ю ногу высокий уровень сигнала, но в arduino ноги Vin и ON/OFF соединены между собой и на ней будет около 5 вольт при нормальной работе. При желании наличие напряжение на ноге можно замерить между 2 и 3 ногой. Если напряжение на входах присутствует, а на выходе стабилизатора его нет, то данный стабилизатор подлежит замене.

Советы по продлению жизни Arduino.

• Не стоит подключать сомнительные и не рабочие блоки питания (блок с прыгающим напряжении +-0,4 вольта сжег стабилизатор), лучше выбирать стабилизированные блоки питания.
• Не допускать замыкание контактов + и -.
• Ну и хоть и предельное напряжение всегда высокое, но стоит учесть что чем выше разность входного напряжение и напряжения стабилизатора (+5 В) тем больше нагрев стабилизатора. А перегрев стабилизатора может вывести из строя другие элементы платы. Идеальное напряжение на входе будет 6,6-7,6 вольт. Можно использовать и 12 вольт и все будет работать, но если плата будет работать круглосуточно то я рекомендовал бы способ описанный ниже.

Часто начинающие электронщики задаются вопросом: можно ли сделать блок питания на Ардуино. Это возможно. Блок питания сломанного компьютера отлично подойдет для создания зарядного устройства для микроконтроллера Ардуино и других приборов, которым требуется электрическое питание. При создании блока питания важно учитывать особенности выбранной модели.

Сегодня мы подробнее разберем как можно с помощью платы Ардуино создать контролируемый блок питания своими руками. После конструирования получится настоящий регулировщик питания, который способен работать в следующих режимах: время отдыха, режим экономии для слабой электроники и работа в десяток ампер на 5 Вольт или 12 Вольт, если это необходимо.

Назначение блока питания на Ардуино

Все виды блоков питания созданы с одной целью – преобразовать полученную из сети переменного тока электрическую энергию для полноценной работы компьютерного устройства. Блок питания для Ардуино будет превращать сетевое переменное напряжение, поступающее в размере 220 Вольт и 50 Гц, в напряжение постоянного характера 5 или 12 Вольт или же в 3,3 Вольт, поддерживается в некоторых системах.

Если требуется блок питания для цифровой схемы, а к этой категории относится системная плата, платформа различных адаптеров и накопители с информацией в виде дисков, нужно настроить рабочее напряжение на 3,3 Вольта.

При конструировании источника питания для двигателей, дисководов и вентиляторов, рабочее напряжение повышается на 9 Вольт. Компьютер не сломается и не выйдет из строя, если напряжение в сети соответствует положенной норме.

Типичный паспорт блоков содержит информацию о том, что источник перерабатывается – требуется положительное напряжение и отрицательное. Для нормальной работы электронных схем и различного вида двигателей необходимо 5+ или 12+ Вольт. Здесь возникает вопрос: зачем нужно отрицательное напряжение? Отрицательное напряжение использовалось в старых компьютерах. Современные устройства работают только с положительным зарядом.

Виды блока питания

Источники питания подразделяют на виды по типу их работоспособности:

1. Трансформаторный, по-другому линейный.
2. Импульсный, по-другому инверторный.

Первый вид сделан из трансформатора понижения и выпрямителя. Такая конструкция преобразует переменный ток в постоянный. После этого установлен фильтр в виде конденсатора. Он сглаживает пульсации, тем самым стабилизируя выходные параметры и защищая устройство от коротких замыканий.

Плюсы трансформаторного блока:

• надежность;
• легко ремонтировать;
• конструкция быстро разбирается;
• практически отсутствуют помехи при работе;
• низкая стоимость.

Минусов всего 2 – большая масса и маленький КПД.

Еще одна простейшая схема:

Второй вид построен по принципу инверторной системы, где переменное напряжение перерабатывается в постоянное. После этой операции создаются высокочастотные импульсы, которые также проходят трансформацию. Если устройство поддерживает гальваническую развязку, то созданные импульсы будут передаваться трансформатору. В противном случае импульсы переходят прямо к НЧ фильтру, который встроен на выходе электронного прибора.

Для формирования высокочастотных сигналов в импульсный блок питания Ардуино внедрили небольшой по размеру трансформатор. Такая конструкция заметно меньше по габаритам и массе в отличие от трансформаторного источника питания. Чтобы стабилизировать напряжение в сети, необходимо использовать обратную связь с отрицательным показателем. Поэтому на выходе в сети ничего не замкнет, так как здесь держится постоянный и оптимальный уровень напряжения, который не зависит от величины нагрузки.

Схема импульсного блока питания может быть такой:

Плюсы второго вида источников питания:

• небольшая масса;
• маленькие габариты;
• высокий КПД;
• средняя стоимость.

Кроме того, такой блок имеет дополнительную защиту, которая обеспечивает безопасность при эксплуатации электронного устройства. БП импульсного характера оснащены защитой от внезапных коротких замыканий или поломке компьютерных девайсов.

К минусам можно отнести отсутствие гальванической развязки, при которой ремонтные работы проходят быстро и легко. Помимо этого значительного минуса есть еще 2 – нагрузка на нижний предел ограничена, прибор часто провоцирует помехи высокой частоты. Когда аппарат не набирает требуемую мощность, компьютерное устройство не заработает.

Инвертором именуют девайс, который популярен среди владельцев автомобилей. Он преобразует напряжение 12 или 24 Вольта в переменное на 220 Вольт. Электрический ток в блок подается напрямую от аккумулятора машины. Прибор особенно пригодится в том случае, когда требуется подключить электроприемник, форма сигнала которого не идеальна по синусоидальному стандарту. Перед подключением в сеть необходимо проверить требуемое для работы напряжение во избежание поломки или замыкания.

Плюсы вышеуказанного прибора:

• компактность;
• небольшая масса;
• предусмотрен защитный механизм против скачков напряжения;
• устройство легко эксплуатировать.

К недостаткам можно отнести большую цену и минимальную надежность платформы управления микропроцессором.

Компоненты устройства

Инструменты, которые необходимы для создания лабораторного блока питания на Ардуино:

1. Паяльный аппарат.
2. Ножницы.
3. Спички или зажигалка для подогрева термоусадочной трубки.

Список деталей:

1. Термоусадочная трубка.
2. Резистор 1К, номинал подойдет любой.
3. Провода с БЛС штырями – 3 штуки.
4. Удлинитель АТХ кабеля для подключения к материнской плате.

Основные компоненты;

1. Источник питания АТХ.
2. Транзисторы, которые поддерживают высокую мощность для коммутации.
3. Микропроцессор Ардуино примерно на 5 Вольт.

Особенности и характеристика

Чтобы лабораторный блок питания на Аrduino бесперебойно работал, нужно, при подключении схем, быть внимательным и осторожным. Для начала берется красный АТХ провод и подключается к 5+ Вольт. А провод черного цвета подключается к GND.

Затем зеленый провод присоединяется к управляющему выходу. Можно использовать контакт А0. Однако общие выводы цифровых входов и выходов работают по одной схеме. Завершаем операцию подключением АТХ. Теперь микропроцессор Ардуино получает резервный ток, при этом вентилятор выключен.

Для того чтобы электронное устройство работало на всех мощностях, необходимо задать команду:

Const int ctrlPina=15; // Если номер пина равняется D15, при необходимости, можно к другому контакту digitalsWrite(ctrlPina, LOW);

Чтобы выключить вышеуказанную функцию, задаем в программе

DigitalsWrite(ctrlPina, HIGH);

Похожая строчка:

PinMode(ctrlPinа, INPUT);

В конце операции необходимо подключить высокоточную нагрузку. Это можно сделать с любым из разъемов по виду МОЛЕКС блоков АТХ. Управление производится с помощью транзисторов. Если пользователю нужно более высокое напряжение, ток регулируется командами, описанными выше.

Важно! Вы должны быть осторожны, подключая Arduino прямо к + 5В. Если вы также подключите USB-кабель, вы можете получить ток, текущий на USB-порт вашего ПК, поэтому следите за тем, чтобы одновременно подключать только один источник питания.

Спецификация ATX предполагает, что вы можете как удерживать + 5 В так и отключить/разъединить (установить высокое сопротивление), чтобы отключить основное питание.

Вывод

Вариант того, что можно получить смотрите на видео ниже:

Самостоятельно сконструированный блок в домашних условиях обойдется гораздо дешевле магазинного аппарата. Цена электронного устройства в магазинах – от 700 рублей. Сегодня 5 Вольт вполне достаточно для подключения любых микроконтроллеров, работающих под этим напряжением.

Один из пе ворвых вопросов, который возникнет у начинающего программиста контроллеров, будет от чего же будет питаться наш проект. Когда мы подключаем контроллер к компьютеру, все необходимое питание мы получаем по USB (5 В и до 500 мА). Но мы ведь хотим, чтобыконтроллер мог работать независимо, поэтому должны позаботиться о автономности.

Самый простой вариант – подвести питание 5В к контроллеру напрямую (для этого есть соотвтетствующий пины «5.5В»). Но если это напряжение случайно повысится, есть риск спалить контроллер, ведь это питание подведено напрямую.Кроме того на плате есть встроенный стабилизатор напряжения, который защитит контоллер от скачков. Он подключен к пину “VIN” и к отдельному разъему питания на плате. Какое-же напряжение можно на него подать?

Разъем 5.5/2.1, который используется в Arduino- это штырьковый разъем питания, с диаметром цилиндрической части вилки 5.5 мм и внутренним диаметров отверстия в ней 2,1мм. В продаже можно найти стандартные зарядные устройства как этого типоразмера, тк и близкого к нему 5.5/2.4 – они также нам подходят, поскольку разница в три десятых миллиметра особой роли не сыграет

Смотрим в параметры нашей платы, и видим:

Рабочее напряжение 5В

Напряжение питания (предельное) 6-20В

Рабочее напряжение – это то, что наш контроллер может подать на выводы или прочитать с входа. То есть, если к какому-то контакту подключено напряжение 5В, контроллер будет чситать, что это логическая 1, или в понятиях программной оболочки Arduino значение HIGH (это для цифрового входа, аналоговый вход будет интерпретировать напряжение как число от 0 до 1023, т.е 5 вольт на аналоговом входе для контроллера соответствуют значанию 1023)

Рекомендуемое и предельное питание – это то, что мы можем подать на плату от блока питания или батареек. На плате имеется преобразователь питания, который понижает подводимое напряжение до нужного контроллеру 5В. Поскольку он тоже имеет не 100% КПД, то чтобы получить нужные нам 5В нужно подвести не меньше 6, а лучше 7 вольт. А вот с предельным напряжением нужно быть осторожным. Теоретически преобразователь потянет и 20В. Но чем больше напряжение, тем больше он будет греться. Фактически эта мощность, которая не расходуется ни на что полезное. И если питание от батареек/аккумуляторов, то мы с их помощью просто будем греть воздух. К тому же чем выше напряжение и, соответственно, температура, тем больше вероятность, что наш контроллер рано или поздно накроется. И если в оригинальной плате используются качественные компоненты, то в китайских репликах уже после 14-15 вольт можно распрощаться с контроллером. Вывод - если не уверен в качестве контроллера, не превышай рекомендуемые 12В. И даже если уверен, без крайней необходимости не превышай этот предел.

Кроме того, нужно следить за тем, какой ток нам нужен для нашей периферии. Если потребление в какой-то момент времени превысит предел контроллера, то он начнет работать неустойчиво или вообще перезагрузится. Контроллер имеет ограничение на максимальный ток с одного выхода (для наиболее распространенной модели Arduino Uno это 50 мА) Чтобы зажечь светодиод или включить реле этого тока достаточно. А вот в случае двигателей и сервоприводов нам понадобится питать их отдельно. Для двигателей постоянного тока и шаговых двигателей используются специальные драйверы моторов, которые имют возможность независимого питания. Небольшие сервоприводы можно запитывать напрямую от контроллера, но если их много или они имею большую мощность, то их линии питания тоже рекомендуется запитывать отдельно.

Если наш проект является стационарным и рядом есть обычная розетка, то можно использовать обычный блок питания на 7 вольт. Они могут быть расчитаны как на ток в 1А, так и на больший – зависит от потребителей. Правило простое – посчитать максимальную потребляемую мощность, прибавить для безопасности 20%. Например, если мы используем двигатели постоянного тока с пусковым током до 500мА, то с учетом потребления самой платы около 40мА нам потребуется (500+500+40)*1,2=1248 мА. Т.е нас устроит блок питания на 1,5А. Если же у нас мобильный робот, то наиболее простой вариант – использовать обычные пальчиковые элементы питания. Если использовать батарейки АА (1,5 В), то нам понадобится их не меньше четырех (6В), а лучше пять-шесть (7,5-9 Вольт). Если использовать аккумуляторы того-же типоразмера, то понадобится для того-же напряжения батарейный отсек на 5 (6В) или на 6-7 аккумуляторов (7,2-8,4 В). Здесь описан наиболее распространенный вариант, когда все наши комплектующие рассчитаны на напряжение около 6 В.

Сборка.

Окончательный результат:

Пробный запуск обнадежил, все работало как надо

После удачного запуска я принялся курочить корпус.
Начал с самого габаритного - системы охлаждения силового транзистора. За основу взял кулер от ноутбука, вколхозил это дело в заднюю часть.

Натыкал на переднюю панель кнопок управления и лампочек. Здоровенная крутилка это энкодер со встроенной кнопкой. Используется для управления и настройки. Зеленая кнопка переключает режимы индикации на дисплее, прорезь снизу для разъема юсб, три лампочки (слева направо) сигнализируют о наличии напряжения на клеммах, активации защиты при перегрузе, и об ограничении тока. Разъем между клеммами для подключения дополнительных устройств. Я втыкаю туда сверлилку для плат и резалку для оргстекла с нихромовой струной.

Засунул все кишки в корпус, подсоединил провода




После контрольного включения и калибровки закрыл крышкой.

Фото собранного

Отверстия проделаны под радиатором стабилизатора lm7805, который нехило греется. Подсос воздуха через них решил проблему охлаждения этой детали

Сзади выхлопная труба, красная кнопка включения и разъем под сетевой кабель.

Прибор обладает кое-какой точностью, китайский мультиметр с ним согласен. Конечно калибровать самопальную махарайку по китайскому мультиметру и говорить о точности достаточно смешно. Несмотря на это прибору найдется место на моем столе, так как для моих целей его вполне достаточно

Некоторые тесты

Взаимодействие с программой. На ней в реальном времени отображается напряжение и ток в виде графиков, так же с помощью этой программы можно управлять блоком питания.

К блоку питания подключена 12-вольтовая лампа накаливания и амперметр. Внутренний амперметр после подстройки работает сносно

Измерим напряжение на клеммах. Великолепно.

В прошивке реализована ваттосчиталка. К блоку подключена все та же лампочка на 12 вольт, на цоколе которой написано «21W». Не самый паршивый результат.

Изделием доволен на все сто, поэтому и пишу обзор. Может кому-то из читателей нехватает такого блока питания.

О магазинах:
Чип-нн порадовал скоростью доставки, но ассортимент маловат на мой взгляд. Этакий интернет магазин, аналогичный арадиомагазину в среднем городке. Цены ниже, кое на что в разы.
Чип-дип… закупил там то, чего не было в чип-нн, иначе б не сунулся. розница дороговата, но все есть.

Ардуино один из популярнейших микроконтроллеров на сегодняшний день. Описывать все плюсы этой сборки мы не будем, ведь если вы зашли сюда, то явно не просто так, а видимо поняли, что без него вам не обойтись. Мы догадываемся и о том, что вас мучает совсем другой вопрос... Можно ли питать Ардуино напряжением 12 вольт? Ведь когда мы работаем с компьютером от USB, то Ардуино питается от того же компьютера - 5 вольтами. Здесь все хорошо, все согласовано и нет никаких проблем! Но как только Ардуино "отправляется на службу", ее питание по проводу от компьютера прерывается словно пуповина у новорожденного, а кормиться должны все:) Здесь и приходиться что-то мудрить. Так вот, как можно запитать Ардуино?

Большинство плат требует наличие питания в диапазоне от 4.5 до 9 вольт через разъем внешнего питания и 4.5-5 вольт через USB. Однако в инструкции написано 7-12 вольт, то есть будем считать, что оптимальным вариант это 9 вольт.

На самом деле из 9 вольт на плате получается 5 и 3,3 вольта. Для каждой цепочки питания на 5 и на 3.3 в на плате установлен свой стабилизатор напряжения. Вот как скажем на фото это lm1117 стабилизатор для 5 вольт, а далее на 3,3 вольта. Нас будет интересовать именно стабилизатор на 5 вольт, так как именно на нем будет гаситься напряжение, а значит рассеиваться мощность при подаче завышенного напряжения. Давайте прикинем что и как.

Сколько жрет Ардуинка

Не трудно прикинуть что в среднем это выходы по 20-40 мА пусть штуки 3-4 и собственное энергопотребление и потери, порядка 50-70 мА. То есть 40*3+70=190 мА, ну так и есть! Однако если начнете вешать активные датчики, то есть то что еще надо и питать, то здесь еще плюсом 20-30 мА на каждый датчик. Обычно силы тока в 200-300 мA хватает, на этом и остановимся.

Ардуино при питании меньше 5 вольт

При меньшем напряжении работа будет нестабильной, порядка 3,4-4 вольт, а при последующем понижении не будет работать вовсе.

Ардуино питание от 5 вольт

Этот вариант питание от компьютера. Реализовать такое питание можно также от зарядного устройства телефона или купив преобразователь на Али. В этом случае напряжение будет номинально и lm1117 не придется стараться над тем, чтобы понизить напряжение, а значит рассеивать будет нечего, разве что собственные потери. Однако это вариант подходит лишь для того чтобы "заливать" Ардуино. Если же уже все сделано и программа залита, то напряжение 5 вольт маловато. В этом случае при значительных нагрузках на выходы, возможны провалы в работе.

Ардуино питание от 9 вольт

Можно ли запитать Ардуину от батарейки "Крона" или блока пальчиковых батареек? Можно! На холостом ходу или с минимальной нагрузкой она проработает у Вас не один месяц. А вот уже с небольшим увеличением нагрузки время автономной работы быстро сойдет на нет. Если как мы рассматривали выше повесить на батарейку что-то посложнее, вроде датчиков любящих покушать и светодиодов индикации в особом изобилии, то батарейки может хватить совсем не надолго. Говорить предметно в этом случае можно только лишь относительно каждого конкретного случая.
Что же касается блока питания, то его необходимо подключать к разъему внешнего питания. То есть lm1117 надо будет погасить 4 вольт. Давайте прикинем какую мощность надо будет рассеять lm1117. Пусть ток потребления 250 мА.

P=U*I=4*0.25=1 Вт.

Вроде не так уж и много, да к тому же и спецификация 9 вольт для питания вполне допускает. Это напряжение учитывает все потери в элементах и стабилизаторе, а значит является одним из наиболее предпочтительных. Я бы сказал, что напряжение 79 вольт идеальный вариант для Ардуино.

Ардуино питание от 12 вольт

Здесь опять же два варианта где взять 12 вольт, это либо БП, либо аккумулятор. Да, да Ардуино довольно активно используется в автомобилях, а там 12-14 вольт - везде! Именно на автомобилистов и будем ориентироваться. Итак 14 вольт, сколько же надо погасить lm1117. Несложно посчитать 14-5=9 вольт. Считаем сколько надо рассеять.

P=U*I=9*0.25= 2.25 Вт. Здесь рассеиваемая мощность подлетела аж в 2,5 раза, все в общем-то пропорционально напряжению. Здесь вопрос уже о том, выдержит ли lm1117 или нет. Если заглянуть в даташит это малышки, то там выходной ток 0,8 А, но на напряжении 1,2 в, то есть она выдает мощность 1,2*0,8=0,96 Вт. Конечно, мощность возможная рассеиваемая и возможная выходная это все же разные вещи, но как-то все же эти величины должны сопоставляться... Кроме того, напряжение с которыми работает lm1117 до 13,8 вольт. Что может спасти, так это реализованная защита от перегрева и КЗ в микросхеме. По крайней мере в корпусе SOT-223 как у нас, подключать к 14 вольтам lm1117 не стоит. Все это на ваш страх и риск, а если уж сильно хочется, то с током не более чем на 1-2 светодиода, то есть 70-80 мА.

Как же подключить все-таки к 12 вольтам, получив 7-9 вольт и запитав Ардуино? Лучше всего использовать преобразователь или микросхему стабилизатор напряжения с более развитым корпусом скажем применяем микросхему lm7809 или КРЕН9, что одно и тоже. Корпус ТО-220, да еще лучше посадить на радиатор 5-10 кв. см из алюминия. Ток в этом случае до 2 А. Такой микросхемы с радиатором должно хватить! Далее приведена схема подключения для 7805, но 7809 подключается один в один!

Само собой ставим эту сборку до разъема питания. В итоге рассеиваемая мощность на падение напряжения в 2.,25 Вт будет рассеиваться частично на lm7809 и часть в самой Ардуино lm1117.