בית החינוך המשותף חוף השרון | ההנדסייה - סדנה מייקרית בבית הספר
אספקת כוח בארדואינו
מטרת הרכיב להעביר או לנתק את הזרם בין שתי נקודות במעגל חשמלי באופן נשלט.
הקדמה
על מנת לספק כוח לארדואינו צריך חשמל, את החשמל אנו מודדים בשני מושגים עיקריים, מתח וזרם על מנת להסביר אותם אדמה חשמל למים באגם או נהר, זרם הוא פשוט יחסית והוא מושג המתייחס לקצב זרימת המים בנהר, ובמקרה שלנו זה חשמל, את הזרם אנחנו נמדוד ב amper וmiliamper - אלפית האמפר, אותם נסמן A ו mA בהתאמה. מתח הוא מעט יותר מסובך ומתייחס להפרש פוטנציאלים, כמו בנהר כשצד אחד יותר גבוה מהשני המים זורמים לצד הנמוך, בחשמל הזרם נע מהצד בעל הפוטנציאל הגבוה לנמוך, ההפרש ביניהם הוא המתח אותו נמדוד בוולטים אותם נסמן באות V.
לכל אחד מהרכיבים איתם נעבוד, וגם לארדואינו עצמו, יש דרישת מתח וזרם שאם לא יסופקו - הרכיב לא יעבוד. לכל רכיב יש גם מגבלת מתח שאם נעבור אותה הרכיב ישרף, ולכן חשוב להבין מהם מתח וזרם, ואיך זה משפיע על העבודה שלנו עם רכיבים שונים.
מהי אספקת מתח לארדואינו? אילו מתחים ניתן להזין לארדואינו וכיצד (מבט על):
ארדואינו הינו מיקרו-בקר היכול לבקר על תהליכים שונים ולתקשר עם מגוון של רכיבים, על מנת לעשות זאת הרכיבים של בקר הארדואינו צורכים 5V ב50mA, חשוב לציין כי זה אינו כולל רכיבים חיצוניים, אשר צורכים זרם נוסף. את המתח הזה אנחנו יכולים לספק לארדואינו במספר דרכים וממגוון של מקורות מתח שונים, אותם נבחר באתם לצרכי הפרויקט. כאשר הפרויקט נייד נצטרך להשתמש בבטרייה מסוג כזה או אחר לעומת זאת כאשר הוא מקובע וקרוב לתקע בקיר בדרך כלל נבחר להשתמש בספק כוח
קיימות ארבעה דרכים לספק מתח לארדואינו:
- USB כבל
כבל זה מתחבר לארדואינו מצד אחד ולמחשב מצד שני, ניתן לספק כוח לארדואינו דרך חיבור זה, בנוסף הוא משמש
לתקשורת עם הארדואינו והעברת קוד
- ACDC מתאם
דרך החיבור העגול בארדואינו ניתן לספק 6-12 וולט, חיבור זה משמש בעיקר לאספקת כוח דרך מתאם מזרם חילופין לזרם
ישר המחובר לשקע, אם יסופקו פחות מ6 וולט הארדואינו לא יפעל
- Vin
דרך חיבור זה ניתן לספק 6-12 וולט אם יסופקו פחות מ7 וולט הארדואינו לא יפעל
- 5V
לחיבור זה ניתן לספק 5 וולט יציבים ומבוקרים, לא יותר, אם תפעילו את הארדואינו דרך החיבור הזה, החשמל לא יבוקר ולכן חשוב להיזהר במיוחד כאשר משתמשים בחיבור זה אספקת מתח גבוה מ5V תשרוף את הרכיבים הפנימיים של
הארדואינו
הסבר פנימי:
כניסות המתח השונות להזנת ארדואינו. הבדלים בינהם, ייחוד של כל כניסה:
הרכיבים הפנימיים של הארדואינו משתמשים ב5V, אותם ניתן לספק דרך מספר חיבורים.
המערכת בוררת מבין מקורות הכוח הזמינים על מנת לבחור את מקור החשמל שמספק את המתח הגבוה ביותר ומעבירה את החשמל דרך מספר רכיבים המורידים את המתח ל5V ומייצבים אותו. עקב כך אין בעיה לחבר את הארדואינו למספר מקורות מתח במקביל - זה לא תקף לjapan connector וVin במקביל, אם תחברו את שניהם במקביל עלולות להיגרם בעיות חמורות.
דרכים שונות של אספקת מתח לארדואינו -
כבל USB - חיבור זה מושך 5V בלפחות 0.5A כאשר מחובר למחשב ניתן לחבר אותו ללא חשש אך ניתן לחבר אותו גם למקור כוח שאינו מחשב, כמו למשל מטען של טלפון, כל עוד הוא עומד בתנאים שהצבנו, אך שימו לב, המתח לא יהיה מבוקר ואם יהיה גבוה מדי הוא ישרוף את הארדואינו, כאשר אתם בוחנים את האפשרות תזכרו שחלק מהמטענים החדשים יותר עשויים לספק יותר מ5V, ולכן אסור לחבר אותם לארדואינו.
מתאם AC-DC - ניתן לספק כוח לרכיבים דרך Vin
כאשר מחובר מקור מתח לחיבור העגול, כפי
שאני מראה בדיאגרמה המצורפת.
המתח יהיה ישיר ממקור המתח.
בחיבור, הפין הפנימי חיובי, והחלק החיצוני
משמש GND,
אם הם הפוכים לא יגרם נזק אבל הארדואינו
לא יעבוד.
Vin - חיבור זה יכול לעבוד רק מעל ל6.6V ועד ל12V. חשוב לציין שכאשר מספקים מתח דרך חיבור הVin יש לחבר את הgnd של מקור המתח לgnd של הארדואינו.
אספקת מתח וזרם לרכיבים הנשלטים על ידי ארדואינו
ניתן לספק חשמל לרכיבים במספר דרכים באמצעות הארדואינו:
פין 5V - פין זה מספק 5V יציבים ונקיים, שניתן להפעיל איתם רכיבים, לא כדאי לעבור את ה500mA
I/O pins - ניתן לספק עד 5V ב20mA עד למקמסימום של 200mA בסך הכל של כל הפינים.
המקסימום המוחלט לכל פין הוא 40mA, מעל זה יגרם נזק, אבל לא מומלץ לעבור את ה20mA.
Vin - כפי שציינתי מקודם כאשר מספקים כוח דרך השקע העגול, ניתן למשוך מתח דרך הVin. מגבלת המתח תלויה במקור הזרם.
3.3V - פין זה מספק 3.3V ב20-200mA
במקרים רבים הארדואינו לא יוכל לספק בעצמו את המתח והזרם הנדרשים לפרויקט, כמו למשל מנוע סרבו חזק שצריך הרבה זרם או גוף תאורה שצריך 12V
אם יש צורך ביותר מ5V או יותר זרם משהארדואינו יכול לספק ניתן לספק חשמל דרך מקור כוח חיצוני כל עוד מחברים את הGND שלו לGND של הארדואינו. חשוב לזכור שעל מנת שהרכיבים יעבדו צריך להיות GND משותף אחרת לא יהיה מעגל חשמלי סגור עם הארדואינו, כפי שמתואר בתרשים
ספקי מתח וזרם שונים לעבודה עם ארדואינו
יש מגוון רחב של רכיבים היכולים לשמש לאספקת כוח לארודאינו, אעבור כאן על כמה מהם:
ספק 12V - ספקים אלא מתחברים לשקע בקיר וממירים את הזרם חילופין לזרם ישר, בנוסף הם מפחיתים את המתח והזרם ובכך מאפשרים אספקת כוח, בדרך יהיה להם חיבור עגול המתאים לארדואינו, לחלופין ניתן גם לחבר אותם לVin. יתרון: מספק כוח קבוע ויכול לספק גם 12V לרכיבים. חיסרון: מחובר לשקע.
בית בטריות - בתי בטריות יכולים לספק מגוון של מתחים וזרמים,יתרון: זול, ניתן לקנות בטריות חדשות בכל מקום. חסרון, בטריות נגמרות, צריך הרבה בשביל מתחים וזרמים גבוהים יותר, צריך להחליף אותן.
מצבר - ניתן להשתמש בבטרייה עד 12 V לאספקת כוח רק חשוב לשים לב
שאתם לא משתמשים בבטרייה חזקה מדי כיוון ועלול להיגרם נזק לארדואינו
אספקה מרכיבים חיצוניים - יש מגוון של רכיבים חיצוניים שיכולים לספק 5V נקיים ויציבים לארדואינו, לדוגמה הl298n והItead power shield
יתרון: מאפשר להשתמש בספק כוח חזק גם לארדואינו. חסרון: דורש הוספה של רכיב נוסף.
- חיבור זה מאפשר תקשורת עם מחשב בנוסף לאספקת כוח, דבר היכול להיות שימושי במיוחד כאשר כותבים קוד או עושים תיקונים. ניתן להשתמש בpower bank, או ספק כוח נייד, על מנת לספק כוח לארדואינו, שימו לב חלקם מספקים יותר מ5V אז יש לבדוק לפני השימוש.
בטריות - טבלת השוואה:
בפרויקטים רבים אתם עשויים להשתמש בבטריות על מנת להפעיל את הפרויקט, כאן אסביר על הסוגים השונים וההבדלים ביניהם.
קיימת וריאציה בין בטרייה לבטרייה ולכן אתייחס לסוגי הבטריות באופן כללי ויחסי לסוגים אחרים של בטריות.
קיימים סוגים רבים של בטריות, אך אלו הסוגים העיקריים והנפוצים ביותר.
שגיאות שכדאי להמנע מהן וטיפים מועילים
5V - כשמחברים לארדואינו מתח דרך כניסת 5V (בין אם דרך פין 5V או דרך פורט ה USB) צריך להיזהר במיוחד שלא לספק מתח גבוהה מ 5V. אין ייצוב של המתח הנכנס דרך כניסות אלה ומתח גבוהה מ5 (כן כן, אפילו 6V) יכול לגרום נזק לארדואינו
אם הפרויקט אינו נייד, תפעילו אותו מספק כוח, זה הכי בטוח והכי טוב.
למידע נוסף על הגבולות של ארודואינו, ועל בטריות, אני ממליץ על - https://www.open-electronics.org/the-power-of-arduino-this-unknown/
למידע מפורט יותר על המערכת הפנימית של הארדואינו, אני ממליץ על - https://technobyte.org/arduino-uno-power-supply-arduino-hardware-core/
תזכרו - אתם תמיד צריכים gnd משותף.
אם תחברו את החיובי והשלילי הפוך ב5V או בVin אתם עשויים להרוס את הארדואינו מאוד מהר.
אם אתם מספקים יותר מדי כוח הארדואינו יתחמם, ותלוי בחיבור הרכיבים הפנימיים עשוייים לההרס.
אם הארדואינו מתחמם, אתם מספקים יותר מדי כוח.
אם תספקו פחות מדי כוח הארדואינו לא יידלק.
בחלק מהמחשבים הUSB יספק רק 100mA, אם הרכיבים שלכם צורכים זרם דרך הארדואינו, זה עלול להגביל אותן.
אם הארדואינו מחובר אך לא נדלק, כנראה שיש קצר שגורם לארדואינו לכבות את עצמו כדי להגן עליו.
מקורות:
https://technobyte.org/arduino-uno-power-supply-arduino-hardware-core/
https://www.open-electronics.org/the-power-of-arduino-this-unknown/
https://technobyte.org/2016/07/power-up-the-arduino-uno/
https://components101.com/articles/different-types-of-batteries-and-their-uses
