9V 배터리로 전원을 공급하는 Arduino

어제 오후에 나는 Arduino를 새로운 알카라인 9V 배터리 (+는 Vin에 연결, GND에 연결)로 작동시켰다. 오늘 아침 (16 시간 후) LCD 디스플레이가 더 이상 보이지 않았으며, 전압을 측정 할 때 배터리가 놀랍게 고갈 된 것을 확인했습니다. 유휴 전압은 7V에 불과했습니다.

내 장치는 LCD 백라이트가 장착 된 LCD 2x16 및 2 개의 DS18B20 센서가 장착 된 Arduino Uno입니다. 이러한 장치가 9V 배터리를 빨리 소모하는 것이 정상입니까?

배터리 수명을 연장하기 위해 Arduino의 절전 옵션은 무엇입니까 (또는 어떻게 사용합니까)에 대한 답변을 읽었 습니다. 질문 과 내가 본 내용이 이것과 관련이 있다고 생각하지만 확실하지 않습니다. 그렇다면 배터리로 효율적으로 전원을 공급하기 위해 Arduino를 연결하는 방법에 대한 일반적인 회로도가 있습니까?

전력 소비

Arduino 보드는 비슷한 기능을 가진 다른 임베디드 시스템과 비교할 때 상당한 전력을 사용합니다.

세 가지 주요 요소가 있습니다.

• Arduino UNO R3 의 NCP1117 ( 데이터 시트 ) 5V 선형 레귤레이터 ( 회로도 )는 약 6mA의 대기 전류를 가지고 있습니다.

• ATMega328P ( datasheet )는 약 5mA @ 8MHz 및 5V, 그리고 아마도 16MHz에서 두 배 이상을 차지합니다.

• user2973 : USB 통신에 사용되는 ATMega16U2도 약 13mA를 사용합니다.

LED 및 기타 주변 장치도 약간의 전류를 소비합니다. 회로에서 LCD 백라이트는 아마도 4mA를 그릴 것입니다.

선형 레귤레이터를 통해 9V ~ 5V를 드롭하면 4V 드롭으로 인해 레귤레이터에 의해 전력의 거의 절반이 손실됩니다. Duncan 은 전력 레귤레이터에 의해 4/9의 전력이 열로 낭비되기 때문에 5V의 모든 mA에 필요한 전력뿐만 아니라 9V에서 대기 전력 소비를 거의 두 배로 늘릴 수 있다고 언급했다 . 효율적인 스위칭 레귤레이터는 낭비되는 에너지가 거의없는 5V를 출력하여 배터리에서 보이는 전류 소모를 4/9로 효과적으로 줄입니다.

듀라셀 9V 배터리 ( 데이터 시트 )는 50mA 전류 소모로 약 7.5 시간 동안 9V에서 7V로 떨어집니다. 따라서 대략적인 추측은 회로가 약 25mA를 소비한다는 것입니다.이 회로는 회로 설명에 따라 올바르게 들립니다.

알카라인 배터리 수명은 전류와 관련하여 비선형입니다. 매우 작은 전류 (<1mA)의 경우 알카라인의 수명은 리튬 배터리의 수명에 근접합니다.

전류 내리기

다음은 전류 소비를 줄이는 몇 가지 팁입니다.

• 조정기 : 조정기를 낮은 대기 전류 또는 더 나은 전환 조정기 (대기 전류가 낮은)로 바꾸십시오. 스위칭 레귤레이터는 합리적인 펄스 출력을 제공하기 위해 전류의 펄스와 일부 외부 인덕터 및 커패시터를 사용합니다. 선형 레귤레이터의 전압 강하와 같이 에너지를 낭비하지 않으며 90 %의 높은 효율이 가능합니다.

  • 배터리를 입력으로 사용하는 벅 (강압) 컨버터가 있으며 VIN과 레귤레이터를 우회하여 5V 및 GND에 직접 연결합니다. 이것은 Pololu에서이 위아래로 단계, 및 0.1mA의의 대기 전류를 가지고 모두.
  • 또는 1.5V 알카라인 배터리와 부스트 (스텝 업) 컨버터를 사용하여 최대 5V의 전압을 얻을 수 있습니다 (예 : Sparkfun 의이 제품 ). 부스트 컨버터가 더 많이 구입되는 것 같습니다.
  • 마지막으로 충전 실드가 장착 된 충전식 리튬 배터리를 구입할 수 있습니다. 이 장점은 새 배터리를 구입할 필요가 없으며 9V 배터리보다 조금 더 큰 경우 리튬 배터리의 용량이 훨씬 큽니다. 정말 멋진 제품은 충전 회로, 배터리, 태양 전지 패널 및 기타 제품 을 포함하는 seeeduino 스토커 방수 키트 입니다.

• ATMega328P : 대신 사용하는 것보다 delay타이밍과에 회전 loop일이 일어날 그것을 센서가 읽어 사이에 절전 모드로 전환되도록 코드를 재 작성을 위해 끝없이 기다리는 등 몇 가지가 있습니다 낮은 전력 라이브러리 의 워치 독 타이머를 사용 거기는 편리한 수면에서 주기적으로 깨우기. 수면 중에 ATMega328P의 전류 소비를 0.1mA 미만으로 얻을 수 있습니다.

• LCD : 백라이트 또는 전체 LCD를 끕니다. 사용자가 LCD를 활성화하기 위해 푸시 할 수있는 버튼을 디자인에 추가하고 일정 시간 동안 사용하지 않으면 꺼지게합니다.

• 주변 장치 : 대부분의 주변 장치 칩에는 절전 모드가있어 전력 소비를 크게 줄입니다. 필요하지 않은 전원 LED 및 기타 표시기를 제거하십시오.

• ATMegu16U2 : user2973 의견이 칩은 상당히 전력이 부족한 것 같습니다 ( user2973 ). 전력을 절약하고 대신 UART를 사용하기 위해 제거 할 수는 있지만 과도한 것으로 보입니다. Arduino Pro 보드는 UNO 대신 사용할 수있는 USB 인터페이스가없는 베어 본 Arduino입니다.

• 배터리 : 다른 알칼리 전지는 용량이 훨씬 큽니다. 예를 들어, 1.5V AA는 저 전류에서 2000mAh를 초과합니다. AA 셀과 부스트 컨버터를 사용하면 배터리 교체 전 시간이 늘어날 수 있습니다. D 세포 (16000mAh)를 사용하면 꽤 오랫동안 작동합니다. :디

요약

적절한 전원 공급 장치 및 코딩을 사용하면 배터리 수명이 적당합니다. 위의 원리를 사용하여 몇 개의 센서를 측정하고 0.5 초마다 SD 카드에 판독 값을 저장하는 Arduino 파생 보드를 만들었습니다. AA 배터리 2 개로 약 4 개월 동안 지속될 수 있으므로 저전력으로 Arduino 생태계에 머무를 수 있습니다.

보드의 저전력에 사용한 칩은 LTC3525-3.3V입니다. 0.8V의 낮은 입력 전압을 사용하며 최대 3.3V까지 승압하며 5V 버전도 제공됩니다. 기성품 브레이크 아웃이 없었기 때문에이 칩을위한 PCB를 설계했으며 데이터 시트에는 레퍼런스 디자인이 있습니다. 이 칩을 선택하는 주된 기준은 여전히 ​​매우 낮은 전류에서 높은 효율을 유지한다는 것이었다. 다른 변환기에는 최소 전류 소모량이 필요합니다.

보드의 가장 큰 전력 소비량은 마이크로 SD 카드였습니다. 제조업체에 따라 0.1mA ~ 1.5mA의 유휴 전류가 달라질 수 있습니다. 나는 Verbatim과 Lexar 카드가 최소한의 전력을 소비하는 것을 발견했습니다. 나는 것 이 EE.SE 질문 내 마이크로 SD 카드 소비 전력 테스트의 결과를 최신 상태로.

Arduino Uno는 그러한 프로젝트에 적합하지 않다고 생각합니다. @geometrikal이 올바르게 지적했듯이 보드의 일부 구성 요소는 너무 많은 앰프를 사용합니다. 당신이 도전에 직면한다면, 나는 당신이 당신의 프로젝트를 다른 수준으로 가져 가서 기본으로 가도록 조언 할 것입니다.

Sparkfun은 Arduino Uno에있는 ATmega328을 사용하여 배터리 수명을 늘리는 방법에 대한 좋은 기사를 제공합니다. https://www.sparkfun.com/tutorials/309

실제로 필요한 구성 요소만으로 회로를 만드는 방법을 찾고 가능한 한 마이크로 컨트롤러를 절전 모드로 유지하십시오.

또 다른 옵션은이 보드와 같이이를 위해 설계된 하드웨어 (Arduino Clone)를 찾는 것입니다. https://bitbucket.org/talk2/whisper-node-avr/overview

이러한 하드웨어를 절전 코드 기술과 결합하면 배터리로 오랫동안 프로젝트를 실행할 수 있습니다!