Przyszedł czas na praktykę
Jako, że mam dostęp do kamery termowizyjnej pokazującej obraz w podczerwieni, mamy okazję przeanalizować także rozkład temperatury na poszczególnych elementach przy różnych sposobach zasilania.
W każdym przypadku płytka była podłączona bez dodatkowego obciążenia do źródła zasilania do momentu ustabilizowania się temperatury na poszczególnych jej elementach. Miejsca jaśniejsze na zdjęciach termowizyjnych oznaczają podwyższoną temperaturę. Liczby obok punktów Sp1, Sp2 lub Sp3 oznaczają zmierzoną maksymalną temperaturę na danym elemencie. Temperatura otoczenia wynosiła podczas pomiarów 23 stopnie Celsjusza i możemy ją uznać jako temperaturę odniesienia.
- Przypadek 1 - Kabel USB podpięty do komputera
Będzie to u nas chyba najczęściej spotykany, przynajmniej na początku, sposób zasilania płytki Uno Rev3.
Przewód USB łączy komputer z mikrokontrolerem dając możliwość szybkiego wgrywania programu do Epromu. Po podłączeniu zapala się czerwona dioda dopływu zasilania ON.
Dodatkowo po chwili zapala się czerwona dioda Loadera programu L.
- Przypadek 2 - Zasilanie płytki z baterii 9V
Ten typ zasilania możemy wykorzystywać z powodzeniem do sterowania układów mobilnych, gdzie zasilanie za pomocą zasilacza i długich przewodów było by niewygodne.
Na zdjęciu termowizyjnym w tym przypadku możemy zobaczyć dwa układy o podwyższonej temperaturze : ATMega328 oraz AMS1117 czyli stabilizator napięcia firmy Advanced Monolithic Systems, który pozwala na stabilizowanie napięcia na poziomie +5V.
Więcej o naszym stabilizatorze przeczytamy w jego nocie katalogowej.
Gdy już uzyskamy napięcie na linii +5V, to zobaczymy, że zaświeci się czerwona dioda ON oznaczająca działanie Arduino.
Dlaczego stabilizator jest rozgrzany do temperatury 31.1 stopni Celsjusza ? Postaram się prosto to wytłumaczyć :
Ze względu na to, że z baterii 9V potrzebujemy jedynie 5V do poprawnego działania wszystkich układów stabilizator traktuje pozostałe 4V jako niepotrzebną energię i zamienia ją w ciepło. Oczywiście po czasie napięcie na baterii nieco spada wiec aby układy działały stabilnie przez dłuższy czas zapas 4V jest tu jak najbardziej wskazany.
Gdy już uzyskamy napięcie na linii +5V, to zobaczymy, że zaświeci się czerwona dioda ON oznaczająca działanie Arduino.
Dlaczego stabilizator jest rozgrzany do temperatury 31.1 stopni Celsjusza ? Postaram się prosto to wytłumaczyć :
Ze względu na to, że z baterii 9V potrzebujemy jedynie 5V do poprawnego działania wszystkich układów stabilizator traktuje pozostałe 4V jako niepotrzebną energię i zamienia ją w ciepło. Oczywiście po czasie napięcie na baterii nieco spada wiec aby układy działały stabilnie przez dłuższy czas zapas 4V jest tu jak najbardziej wskazany.
Spostrzegawczy obserwatorzy powinni zauważyć na zdjęciu termowizyjnym rozgrzane miejsce w których występuje powyższa dioda. Na samym dole, koło złącza POWER zauważyć można jeszcze jeden element o podwyższonej temperaturze - jest to dioda prostownicza M7.
- Przypadek 3 - Zasilanie płytki z zasilacza
Ten typ zasilania możemy wykorzystywać do sterowania układów stacjonarnych, pobierających nieco więcej energii elektrycznej. W tym przypadku ważna jest wartość napięcia podawana z zasilacza. Przeanalizujmy trzy przypadki, które uzyskałem na moim zasilaczu uniwersalnym - 7 V, 9 V i 11 V.
I) Napięcie zasilania 7 V
I) Napięcie zasilania 7 V
W tej wersji zasilania możemy zobaczyć cztery elementy rozgrzane w podobny sposób :
mikrokontroler ATMega328, stabilizator napięcia AMS1117, diodę LED oznaczającą działanie układu oraz diodę prostowniczą M7, Jasna plama na przycisku Reset nie oznacza jego rozgrzanie a jedynie odbicie ciepła od jego metalowej obudowy.
W tej wersji zasilania możemy zobaczyć te same cztery elementy rozgrzane powyżej temperatury otoczenia.
Mikrokontroler ATMega328, dioda ON oraz dioda prostownicza M7 ma identyczną temperaturę jak w przypadku pierwszej opcji zasilania. Stabilizator napięcia AMS1117 ma jednak o 3 stopnie Celsjusza więcej niż w poprzednim przypadku. Świadczyć wiec może to o fakcie, że tak jak w przypadku baterii stabilizator "nie potrzebuje" więcej napięcia i jego nadmiar oddaje jako ciepło.
III) Napięcie zasilania 11 V
W tej wersji zasilania możemy zobaczyć te same cztery elementy rozgrzane powyżej temperatury otoczenia.
Mikrokontroler ATMega328, dioda ON oraz dioda prostownicza M7 ma identyczną temperaturę jak w przypadku pierwszej i drugiej opcji zasilania. Stabilizator napięcia AMS1117 ma jednak już o 5 stopni Celsjusza więcej niż w poprzednim przypadku oraz o 8 stopni więcej niż przy zasilaniu 7 V. Potwierdza to tezę, że stabilizator "nie potrzebuje" więcej napięcia i jego nadmiar oddaje w formie ciepła (wartość prądu we wszystkich trzech przypadkach była porównywalna).
- Przypadek 4 - Zasilanie płytki poprzez piny POWER
Zbadajmy czy ten typ zasilania możemy wykorzystywać do sterowania naszych układów.
Testy przeprowadziłem zasilając po kolei piny 5V, IOREF, RES oraz VIN napięciem +5V z zewnętrznego zasilacza.
W przypadku zasilania pinów 5V, IOREF oraz RES (RESET) otrzymałem podobny obraz termowizyjny.
Mikrokontroler ATMega328 rozgrzewał się w kilka sekund do temperatury ponad 40 stopni Celcjusza. Żaden inny układ zasilania nie powodował tego typu zachowania naszego mikrokontrolera. Możemy wiec śmiało stwierdzić, że NIE jest to właściwy sposób zasilania i może spowodować uszkodzenie mikrokontrolera mimo, że na płytce tak samo jak w przypadku poprzednich układów zasilania zapalają się diody ON i L.
Odmiennie zaś zachowywał się układ w przypadku zasilania pinu VIN. Obraz termowizyjny i temperatury pracy na układach były bardzo podobne do układów zasilania opisanych w pkt. 2 i 3.
Temperatura na mikrokontrolerze i stabilizatorze napięcia nie przekraczała 25 stopni Celsjusza.
Co ciekawe dioda prostownicza M7 nie rozgrzała się w ogóle co świadczy o tym, że napięcie 5V podajemy w tym przypadku za diodą prostowniczą a przed stabilizatorem napięcia.
Potwierdza to schemat zasilania, do którego link znajduje się na końcu postu.
Reasumując więc, ten sposób zasilania jest jak najbardziej poprawny - podajemy napięcie przed stabilizatorem, który zabezpiecza nasz mikrokontroler przed niekontrolowanymi zmianami napięcia, które mogą występować przy zastosowaniu zasilacza uniwersalnego.
Nazwa VIN przy pinie oznacza wiec Voltage In - czyli wejście zasilające.
- Przypadek 5 - Zasilanie płytki poprzez USB oraz zewnętrzne źródło energii
Przy tym sposobie zasilania chciałem sprawdzić jak zachowują się poszczególne układy zasilania w momencie ich uruchomienia w obecności innych źródeł energii. Doświadczenie polegało wiec na podłączeniu przewodu USB, obserwacji układów do momentu ich rozgrzania oraz dołączeniu drugiego źródła zasilania w postaci baterii 9V.
Na zdjęciu termowizyjnym możemy zobaczyć jedynie dwa układy o podwyższonej temperaturze : ATMega328 oraz chip CH340G. Z tego wynika, że dołączenie dodatkowego źródła zasilania 9V nie zamieniło podstawowego jakim jest +5V z komputera.
W drugim przypadku jako pierwsze było podłączone źródło z baterii 9V, po rozgrzaniu się mikrokontrolera oraz stabilizatora napięcia, podłączony został kabel USB do komputera. Wynik końcowy był taki sam jak poprzednio - stabilizator napięcia ochłodził się a w jego miejsce rozgrzał się chip CH340G.
Możemy wiec śmiało powiedzieć, że priorytet w zasilaniu ma kabel USB i podpięcie dodatkowego źródła nic nie zmienia.
Sprawdziłem jeszcze jaki prąd jest pobierany z baterii podczas podłączenia obu wariantów i tak :
1) Zasilanie Arduino tylko z baterii 9V I = 20 mA.
2) Zasilanie Arduino z baterii 9V oraz poprzez kabel USB I = 1,2 mA.
Aby wykluczyć wpływ przesyłu danych na temperaturę chipa CH340G podłączyłem Arduino poprzez kabel USB z ładowarką do telefonów - wartości prądu oraz rozkład temperatur na płytce był taki sam jak podłączenie z komputerem.
Możemy wiec śmiało powiedzieć, że priorytet w zasilaniu ma kabel USB i podpięcie dodatkowego źródła nic nie zmienia.
Sprawdziłem jeszcze jaki prąd jest pobierany z baterii podczas podłączenia obu wariantów i tak :
1) Zasilanie Arduino tylko z baterii 9V I = 20 mA.
2) Zasilanie Arduino z baterii 9V oraz poprzez kabel USB I = 1,2 mA.
Aby wykluczyć wpływ przesyłu danych na temperaturę chipa CH340G podłączyłem Arduino poprzez kabel USB z ładowarką do telefonów - wartości prądu oraz rozkład temperatur na płytce był taki sam jak podłączenie z komputerem.
Moim zdaniem USB powinno dawać możliwość komunikacji z płytką, ale nie zasilać układu przy obecności drugiego źródła zwłaszcza, że na płytce obecny jest komparator napięcia LMV358, który porównuje jeśli napięcie zasilania jest wyższe od 6.6V to do zasilania wykorzystywane powinno być zewnętrzne źródło. W przeciwnym przypadku, komparator podaje 5V z USB bezpośrednio do Arduino. Tak wygląda schemat tego fragmentu w oryginalnym Arduino UNO Rev3 - sterowaniem czy napięcie jest podawane poprzez USB czy z dodatkowego źródła zajmuje się tranzystor T1.
Póki co nie mogę potwierdzić czy T1 w ten sposób działa patrząc na moje obrazy termowizyjne - nie ma widocznej różnicy pod względem temperaturowym w przypadku podpięcia i odpięcia baterii do układu gdy podłączony jest kabel USB do komputera.
Póki co nie mogę potwierdzić czy T1 w ten sposób działa patrząc na moje obrazy termowizyjne - nie ma widocznej różnicy pod względem temperaturowym w przypadku podpięcia i odpięcia baterii do układu gdy podłączony jest kabel USB do komputera.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz