ستستمر هذه الموسيقى إلى الأبد إذا قمت باستبدال البطاريات (C)
هذا التأليف مخصص لبحثي حول قوة الأجهزة اللاسلكية المستقلة التي تشكل جزءًا من نظام المنزل الذكي MySensors.
أولا كان هناك الليثيوم ...
بدلا من ذلك ، بطاريات ليثيوم أيون وليثيوم بوليمر.
لفترة طويلة ، تراكمت هذه البطاريات من الأدوات القديمة في صندوق. اعتقدت - هنا ، قوة عالمية لجميع ميكروكنترولر صغيرة الحجم. علاوة على ذلك ، فإن الجهد من 3،3-4،2V ممتاز ل AVR ، وكذلك لجميع أنواع ESP و STM. من أجل الموثوقية ، يمكنك وضع عامل استقرار LDO للطاقة المطلوبة والحصول على مستقر 3.3 لـ MK والأطراف المحيطة بأكملها.
ولكن كما اتضح ، ليس كل شيء جيدًا جدًا.
- البطاريات اللازمة لشحنها. للقيام بذلك ، كان من الضروري جعلها قابلة للإزالة ، أو إضافة وحدة شحن إلى جهازك ، مما أعطى بدوره تكلفة إضافية وأبعادًا وثغرات شحن في العلبة. وليس من السهل دائمًا شحن الأجهزة ، على سبيل المثال ، مستشعر الطقس خارج النافذة.
- بطاريات الليثيوم (مثل معظم امدادات الطاقة بشكل عام) ليست مناسبة للاستخدام في درجات حرارة منخفضة. في جهاز استشعار الطقس المتصل بالنافذة ، في فصل الشتاء ، غرقت البطارية على الفور في الصقيع.
- أثناء التشغيل على المدى الطويل ، إذا لم يتم مراقبة الجهد الكهربائي للبطارية في الوقت المناسب ، فيمكنك تفريغها "إلى الصفر" ، أي أقل من القيمة المسموح بها والمضمونة بقتله. لذلك تحتاج إلى حماية ضد الإفراط في التفريغ.
- أدت مجموعة متنوعة من أحجام البطاريات وقدراتها إلى الحد بشكل كبير من تكرار الأجهزة في حاويات متطابقة. وانتهت احتياطيات البطاريات القديمة بسرعة - كنتيجة لذلك ، كان من الضروري شراء مكان جديد. وكما اتضح فيما بعد ، تبين أن تكلفة مصادر الطاقة هذه كانت قرشًا كبيرًا وأضيفت ما لا يقل عن دولارين إلى تكلفة كل جهاز (مع مراعاة لوحة الشحن والمزيد). علاوة على ذلك ، لم يكن هناك اقتصاد من إعادة الشحن ، حيث أن معظم وحدات التحكم المستقلة تستهلك القليل جدًا من الطاقة ويمكن أن تعمل لعدة أشهر دون إعادة الشحن.
كانت نيمه وغيرها من بطاريات AA / AAA أسوأ. احتاجوا لشحنهم في شاحن خاص ، وكان لديهم "تأثير في الذاكرة" وجهد منخفض في البداية (1.2-1.3 فولت) ، وعند الاتصال في سلسلة بسبب الاختلاف في المقاومة الداخلية ، يمكن تفريغ إحدى البطاريات أكثر من غيرها ، مما أدى مرة أخرى إلى الضرر.
ومرة أخرى ، الليثيوم ...
الآن هناك بطاريات الليثيوم 3.0V صغيرة الحجم مستديرة ، والتي لصالحها قررت التخلي عن البطاريات متقلبة ومكلفة.
يتم استخدام بطاريات CR2032 في عدد كبير من أجهزة BIOS وأجهزة القياس الكهربائية وغيرها من الأجهزة مع RTC والساعات والآلات الحاسبة والألعاب المختلفة. مع أبعاد صغيرة وسعر منخفض ، لديهم الجهد من 3.0V ، وهو ما يكفي تماما ل MK وقدرة لائقة من 200-250mA / ساعة لأبعادها.
لكن مرة أخرى ، المشاكل. حقيقة الأمر. أن التيار المباشر لمثل هذه البطارية هو فقط 0.4mA. إذا قمت بتحميله بتيار أعلى ، فسوف ينخفض الجهد الكهربائي للبطارية ، على الرغم من أنه يمكن استرداده جزئيًا أو كليًا. وضع السكون Mysensor النموذجي يستهلك عدة microamps. ولكن في وضع النقل - بالفعل حوالي 15-20mA. في الوقت نفسه ، تجبر الإصدارات الجديدة من مكتبة MySensors الأجهزة على إرسال العديد من الحزم - ping ، وتحية ، وعروض تقديمية ، والبحث عن بوابة أو جهاز توجيه ، مما يؤدي إلى تشغيل وحدة الراديو لفترة طويلة ، وأحيانًا عدة ثوانٍ. بجهد يبلغ حوالي 2 فولت ، يبدأ NRF24L01 الصيني الرخيص في الفشل ، وأحيانًا لا يكون من الممكن نقلهم إلى النوم () من MySensors.
ونتيجة لذلك ، يعمل كل شيء بطريقة ما على بطارية جديدة ، ولكن مع تفريغ البطارية ، تزداد مشاكل الاتصال ، تبدأ وحدة الراديو في التدفق أكثر على الهواء ، مما يزيد من شحن البطارية. في النهاية ، ينخفض الجهد إلى النقطة التي يتوقف فيها الجهاز بأكمله عن النوم ، ثم يحدث إعادة تشغيل دوري حتى نفاد البطارية تمامًا.
اعتمادًا على الشركة المصنعة و "نضارة" البطارية ، يمكن للجهاز العمل من يومين إلى شهر. إذا اشتريت بطاريات رخيصة على aliexpress ، فهناك يانصيب. يوفر الانتقال إلى CR2450 و CR2477 الأكثر رحابة قليلاً ، لكنهم أيضًا لا يستطيعون إعطاء تيار أكثر من 0.5 مللي أمبير لفترة طويلة.
لقد جربت لفترة من الوقت محولات التعزيز ، والتي سمحت للبطارية بالحفاظ على جهد التشغيل الطبيعي لعضو الكنيست حتى آخر فتات من الطاقة ، ولكن كان لديهم تيار صغير ، ولكنه غير صفري هادئ ، مما قلل من عمر الخدمة الإجمالي.
الأصابع الصغيرة - الأصابع الصغيرة
حان الوقت لتهدئة واعتماد التجربة الصينية "المتقدمة" ، لتشغيل جميع أجهزتك من ثلاث بطاريات AAA (لا يتم تضمين البطاريات). لكنه قرر البحث عن حل باستخدام بطاريتي 1.5 فولت على الأقل.
توقفت عند مثل هذا المخطط مع استقرار متزايد NCP1400 :
توفر بطاريتا AAA قلويتان متصلتان بسلسلة 2.7-3.1V في البداية بنهاية فترة الإنتاج ، مما يقلل الجهد إلى 1-2 فولت
عندما يكون NCP1400 مطفأ (مستوى منخفض عند إدخال التحكم) ، تنتقل طاقة البطارية على الفور إلى MC من خلال ملف L1 و الصمام الثنائي Schottky D1 مع انخفاض الجهد كحد أدنى حوالي 0.1V. إذا تم تطبيق مستوى عالٍ على إدخال التحكم ، فسيبدأ مثبت NCP1400 ويعطي فولت 3.3 فولت إلى MK بجهد بطارية إجمالي من 0.8 فولت إلى 3.1 فولت.
خوارزمية التشغيل كما يلي:
- في المرة الرئيسية التي توجد فيها وحدة التحكم في PowerDownMode ، يتم تعطيل جميع الأجهزة الطرفية ، بما في ذلك NRF24 ، أو أيضًا في وضع الطاقة المنخفضة.
- يترك MC وضع السكون عن طريق الانقطاع عن الموقت أو عن طريق انقطاع خارجي (على سبيل المثال ، في المحولات عن طريق الانقطاع من الزر) ، ويتم قياس جهد التيار الكهربائي VCC (المدمج في وظيفة من وحدات تحكم AVR).
- إذا كان الجهد الكهربائي أكبر من 3V (أو أي جهد كهربي آخر كافٍ للتشغيل المحيطي المستقر) ، فلن يبدأ NCP1400 وسيتم تنفيذ كل المعالجة في هذا الجهد الكهربائي حتى دورة النوم التالية.
- إذا كان الجهد الكهربي أقل من 3 فولت ، يبدأ مثبت NCP1400 ، يتم ضبط جهد التيار الكهربائي على 3.3 فولت ، ويتم تنفيذ جميع العمليات المنتظمة للجهاز ، بما في ذلك إرسال البيانات عبر NRF24
- علاوة على ذلك ، إذا كان الجهد أعلى من 1.7V (جهد كافي للخروج من MC من وضع السكون) ، يتم إيقاف تشغيل NCP1400 حتى دورة الاستيقاظ التالية.
- إذا كان الجهد أقل من 1.7 (الحد الأدنى من الجهد من MK) ، ثم لا يتم إيقاف تشغيل NCP1400 حتى يتم إعادة تشغيل وحدة التحكم أو حتى ينخفض جهد التيار الكهربائي عن 0.8V (جهد NCP1400)
رسم لهذه الخوارزمية#define MY_RF24_CE_PIN 9 #define MY_RF24_CS_PIN 10 #define MY_RF24_POWER_PIN 8 #define MY_RADIO_NRF24 #include <MySensors.h> #define PIN_NCP1400 2 #define CHILD_ID_VCC 0 MyMessage msgVcc(CHILD_ID_VCC, V_VOLTAGE); bool low_power = false; int readVcc(); // void before(){ pinMode(PIN_NCP1400,OUTPUT); digitalWrite(PIN_NCP1400,HIGH); } void presentation(){ sendSketchInfo("NCP1400 test", "1.0"); present(CHILD_ID_VCC, S_MULTIMETER,"mV"); } // void loop(){ int vcc = 1000; if( low_power == false ){ vcc = readVcc(); digitalWrite(PIN_NCP1400,HIGH); // NRF1400 } if( vcc < 1700 )low_power = true; // NRF1400 send(msgVcc.set(vcc)); // VCC if( low_power == false )digitalWrite(PIN_NCP1400,LOW); // NRF1400 sleep( 300000 ); // 5 } /** * VCC */ int readVcc() { long result; // Read 1.1V reference against AVcc ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1); delay(2); // Wait for Vref to settle ADCSRA |= _BV(ADSC); // Convert while (bit_is_set(ADCSRA,ADSC)); result = ADCL; result |= ADCH<<8; result = (1100L * 1023)/result; return((int)result); }
تجريب
وكيف نتعامل مع الاستهلاك الحالي في الممارسة؟ أقوم بتوصيل دائرتي بـ LBP وأخذ قياسات جهد الاستهلاك والإخراج الحالي.
تم إيقاف تشغيل وضع الخمول مع NCP1400 وكان جهد الدخل من 1-3 فولت 0.3 ميكرولتر. أقل حتى من 0.5mkA التي أعلنت عنها ورقة البيانات (أو ربما في هذا النطاق أجهزتي خطأ كبير). ولكن مع تشغيل جهاز التثبيت دون تحميل ، فقد أصبح التيار كبيرًا بشكل غير متوقع - أكثر من 0.3 مللي أمبير. اتضح أن مقاوم السحب R1 تسبب في استهلاك كبير. عند استبدال تصنيف R1 من 10K إلى 150K ، حصلت على 30μA عند جهد دخل يبلغ 3.0 V و 44 μA عند 1.0 V.
إذا قمت بإزالة المقاوم R1 تمامًا ، فستستمر أداة التثبيت في حالة عدم توصيل هذا الإدخال بمولودية الطاقة باستهلاك 2V واردة من حوالي 11 μA.
الآن أقوم بتوصيل المتحكم الدقيق بـ NRF24L01 ومستشعر HUD21 ، وفقًا للخوارزمية الموصوفة أعلاه:
- جهد الدخل 3.0V - الوضع النشط (NCP1400 قيد التشغيل) 32mA ، وضع السكون (NCP1400 مطفأ) 9mkA
- جهد الدخل 2.0V - الوضع النشط (NCP1400 قيد التشغيل) 51mA ، وضع السكون (NCP1400 مطفأ) 6mA
- مساهمة الجهد 1.7V - الوضع النشط (NCP1400 على) 63mA ، وضع السكون (NCP1400 قبالة) 5.6mA
- جهد الدخل 1.0 فولت - NCP1400 مستمر في وضع السكون 197mkA
- جهد الدخل 0.5 فولت - NCP1400 مستمر في وضع السكون 397μA
يزيد استهلاك البطارية النشط عند انخفاض الطاقة. تم اختيار الجهد من 1.7V تجريبيا. أقل من هذه القيمة ، قد لا يعمل المتحكم بالفعل بثبات. عندما ينخفض الجهد الكهربي للبطارية عن هذا الحد ، فإن جهاز تثبيت NCP1400 لم يعد ينطفئ والاستهلاك في وضع السكون مرتفع للغاية. في هذا الوضع ، لن تدوم البطاريات لفترة طويلة ، ولكن سيكون هناك ما يكفي من الوقت لاستبدالها.
تجسيد في الغدة
لوحات طاقة عالمية مصممة للأجهزة المنزلية الذكية
على الرغم من أن الأجهزة النهائية لم تكن مضغوطة كما هي الحال مع بطاريات الليثيوم ، إلا أن النتيجة كانت جيدة جدًا معي. لا سيما بالنظر إلى تكلفة البطاريات القلوية في متاجر غالومارت ، كاستوراما ، ليرويل ، إلخ.
حاليا ، أعمل في المنزل أكثر من عشرة أجهزة مختلفة لمراقبة درجة الحرارة ، رطوبة التربة ، وما إلى ذلك في نظام MuSensors / MajorDoMo.
اقرأ المزيد على مدونتي