Zasilanie możliwie jak najbardziej uniwersalne

[wolf91]

witam, to mój pierwszy post na forum, i wiem, że sam temat może wydawać się trywialny jednak czym dłużej czytam to forum, tym rodzi mi się więcej pytań. Zacząłem przygodę z Arduino, choć jestem informatykiem i o elektronice wiem raczej nie wiele, choć powoli się wdrażam. Jestem już po projektach stacjonarnych, teraz chciałbym zacząć budować coś mobilnego. No i pierwszy problem to wspomniane w temacie zasilanie, jestem zdecydowany na lipol'a ponieważ jego zalety są duże. posiadam takiego shielda.

wybrałem takie dwa, jeden do mniejszych drugi do większych projektów:

http://botland.com.pl/lipo-dualsky/563-dualsky-2200mah-20c-2s1p-74v.html

http://botland.com.pl/lipo-dualsky/574-dualsky-800mah-20c-2s1p-74v.html

projekty póki co będą do 4 microserva i dwóch silników pololu z przekładniami.

I teraz pora na moje pytania:)

1. chciałem rozgałęzić prąd z pakietu osobno na arduino, i motor shield. Czy potrzebuję do tego jakiegoś regulatora, czy wystarczy po prostu rozgałęzić kable.

2. Czy warto pomyśleć jeszcze o bezpieczniku, czy mogę bezpośrednio już bez niczego więcej zasilać układ bezpośrednio jak to opisałem w pkt1?

jestem otwarty na wszelkie sugestie.

[marek1707]

Nie jestem ekspertem od Arduino ale oglądając jego schematy widzę, że:

- Płyta główna ma swój stabilizator +5V zasilający lokalne układy cyfrowe. To samo napięcie jest wyprowadzone na 6-kontaktowe złącze POWER, pewnie do zasilania "shieldów". Również napięcie wejściowe stabilizatora (VIN - za diodą zabezpieczającą) wyciągnięte jest na to samo złącze.

- Płytka silników korzysta z otrzymanych 5V do zasilania części "logicznej" mostka. Zasilanie driverów mocy pobierane jest albo z VIN (zworka na płytce) albo z dodatkowych zacisków.

W najprostszym przypadku możesz zewrzeć wspomnianą zworkę na płytce silnikowej i podłączyć aku po prostu do zacisków głównego zasilania albo na płycie głównej (wtedy masz po drodze diodę ale to może i lepiej - jeśli tylko wytrzyma obciążenie silnikami) albo do zacisków napięcia VMOT na płycie silnikowej. Nie widzę konieczności rozgałęziania kabli.

Bezpiecznik gdzieś między aku a resztą jest oczywiście pożądany. Z punktu widzenia Arduino Lipole które wybrałeś mogą dostarczyć praktycznie nieskończenie dużego prądu bo 40A załatwi każdą scieżkę więc jakieś zabezpieczenie, szczególnie w fazie eksperymentów jest jak najbardziej na miejscu. Pamiętaj tylko, że bezpiecznik jest jednym z bardziej "kiepskich" elementów elektronicznych. Przede wszystkim żeby rozłączyć musi się spalić czyli - nagrzać. Z definicji jest więc jakieś opóźnienie w sytuacji krytycznej oraz.. straty w czasie normalnej pracy. Opóźnienie jest tym więsze im mniej płynący prąd przekracza prąd znamionowy. Np. dla prądu nawet kilkukrotnie przekraczającego napis na obudowie ten czas może wynosić kilka sekund. Na szczęście w przypadku LiPoli możesz być pewien, że prądu zwarciowego spokojnie wystarczy do spalenia bezpiecznika 🙂 choć niestety - jeśli zrobisz zwarcie gdzieś na silniku, to ten sam prąd dużo szybciej załatwi sam mostek.

Moje uwagi odnośnie zasilania napisałem na podstawie róznych schematów Arduino dostępnych w sieci. Napisz jakie konkretnie masz wersje, bo mogą różnić się drobnymi szczegółami - być może właśnie w obszarze prowadzenia szyn zasilania.

Acha, i właściwie dlaczego:

"chciałem rozgałęzić prąd z pakietu osobno na arduino, i motor shield"

[sosnus]

1. chciałem rozgałęzić prąd z pakietu osobno na arduino, i motor shield. Czy potrzebuję do tego jakiegoś regulatora, czy wystarczy po prostu rozgałęzić kable.

Przez rozgałęzienie kabli, jedna cela będzie szybciej rozładowywana, czego nie polecam, bo sobie rozbalansujesz całego 2-celowego lipola, i możesz go przez przypadek uszkodzić.

[marek1707]

Robienie odczepu na jednej celi jest bardzo złym pomysłem i właściwie nigdy nie powinno być stosowane. Mam nadzieję, że nie tym sposobie rozgałęziania wolf myślał.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[wolf91]

1.Przez rozgałęzienie nie miałem na myśli rozgałęziania poszczególnych ogniw, a samo źródło. Nie chciałem, aby cały prąd płynął przez Arduino bo wydawało mi się to nie najlepszym pomysłem, skoro mam na shieldzie wyprowadzanie na źródło. Nie jestem elektronikiem, może użyłem złych terminów. Kolokwialnie chciałem wziąć + i rozbić go na dwa kabelki, wziąć - i uczynić to samo. Jedną parę zasilania do Arduino a drugą do shielda. Tylko nie wiem, czy tak można robić.

2.zaczynam dopiero zabawę z mobilnymi projektami, dlatego chciałbym wybrać źródła które będą do większości zastosowań pasować, dlatego teraz myślę, czy nie lepiej zaopatrzyć się w trój celowe pakiety, ponieważ arduino na 11V może działać a jeśli będę chciał użyć z silnikiem 12V to też powinienem dać rade. A póki będę działał na silnikach 6V to do zasilania shielda poprowadzę przez stabilizator 6V 1.5A bo na razie nie umiem znaleźć 2A:)

3. Czytałem dużo o Lipol'ach, i natknąłem się na informacje, że nie powinno się ich rozładowywać poniżej poziomu 3V, czy muszę to sprawdzać w jakiś sposób przy arduino? wydaje mi się, że jak napięcie spadnie poniżej 5V to arduino jak i cała konstrukcja po prostu samoistnie się wyłączy. A może lepiej to kontrolować?

P.S założyłem ten temat bo jestem zupełnie zielony, a jednak czeka mnie wydanie kilku stówek i wolałem to skonsultować z kimś bo w realu, za bardzo nie znam ludzi którzy mogliby pomóc. A i nie chciałbym czegoś uszkodzi z czystej głupoty. Jest dużo ogólnych artykułów o lipo, jednak nie wiele informacji o praktycznym ich zastosowaniu.

pozdrawiam i dzięki za odzew

edit:

posiadam Arduino mega 2560; Marku, a więc z jakiego bezpiecznika mam korzystać? I jak najlepiej mam się zabezpieczyć zważając, że jestem na etapie nauki?

edit2:

Jak jeszcze mogę zabezpieczyć mostek? rozumiem, że jeśli silnikiem chciałbym poruszać w jedną stronę to wystarczy dioda, ale co jeśli chce w dwie strony?

[sosnus]

Tak więc na pewno nie rozgałęziaj ogniw, od tego są stabilizatory napięcia

A co do sprawdzania napięcia...

Najlepiej przez dzielnik napięcia podłączyć zasilanie (prosto z lipola, pomijając stabilizator) do wyjścia adc, odczytać wartość, i na tej podstawie obliczyć napicie źródła, i ewentualnie zasygnalizować jakąś diodą, jeżeli napięcie za niskie.

[wolf91]

Tak więc na pewno nie rozgałęziaj ogniw, od tego są stabilizatory napięcia

to czyli nie mogę rozdzielić źródła na dwa odbiorniki, przecież nie pisałem o rozdzielaniu ogniw... szczególnie że nie całe 4V są dla mnie kompletnie nie przydatne...

A co do sprawdzania napięcia...

Domyślam się, że mogę tak to zrobić, tylko pytanie czy jest sens? skoro jeśli lipo osiągnie <6V to Arduino się samoistnie wyłączy.

[marek1707]

OK, o wywołanym przez sosnusa temacie odczepu na ogniwach zapominamy, uff 🙂

Rozdzielanie linii zasilania tuż przy źródle ma sens w przypadku gdy np. jeden z odbiorników jest bardzo czuły na zakłócenia albo instalacja musi być poprowadzona superoptymalnie ze względu np. na wagę lub generowane zakłócenia. Tutaj możesz rozdzielić plus dla spokoju sumienia ale ja bym się w to nie bawił. Shield silnikowy ma odrębne zaciski zasilania ale ich przeznaczeniem jest doprowadzenie napięcia, które nie mogłoby być podane z płyty głównej ponieważ byłoby za wysokie. Jak rozumiem, ograniczenie zasilania płyty głównej do 12V bierze się albo z możliwości napięciowych stabilizatora tam użytego albo z jego ograniczeń mocowych. W Twoim przypadku LiPol2S mieści się bardzo dobrze w zakresie pracy płyty głównej a ta może spokojnie dostarczyć zasilanie do silników przez złącze POWER.

Rozdzielanie masy nie ma sensu - i tak jest ona połączona między płytami poprzez wiele kontaktów na złączach więc tworzyłbyś tylko dodatkowe pętle co nigdy nie jest zalecane.

LiPole2S dają od 8.4V do 6V w zależności od stanu naładowania. Nie stosuj żadnych stabilizatorów na zasilaniu silników bo mając tak archaiczny mostek i tak stracisz na nim 2-3V więc Twój biedny silnik nawet nie zobaczy swoich spodziewanych 6V a nawet w przypadku wstawienia baterii 3S - to od regulacji prądu silników masz mostek i procesor - po co jeszcze wstawiać stabilizator? Po prostu podłącz akumulator do płyty głównej z odpowiednio zezworkowaną płytką silnikową (zasilanie silników z VIN na złączu POWER) i wszystko powinno działać.

Płyta główna ma również diodę szeregową - upewnij się tylko, że wytrzyma prąd obciążenia i masz też zabezpieczenie przed zmianą polaryzacji. Jednak najlepszym zabezpieczeniem tego typu jest zastosowanie odpowiedniego złącza wykluczającego pomyłkę. Najczęściej akumulatory tego typu przychodzą z gotowym jakimś konektorem. Akurat ten który wskazałeś ma JST - o ile pamiętam to dwie cienkie dziurki w kawałku plastiku - fajne bo małe i na PCB złącze wygląda jak dwie złote szpilki, ale tu zalety się kończą. Bez problemu jestem w stanie wetknąć to odwrotnie. Jeśli już musisz brać ten akumulator to koniecznie kup do niego dedykowane złącze "odwrotne" choć najlepiej, gdybyś znalazł coś z porządnym złączem np. DC3. To dwa 3mm "banany" w oprawce nijak nie mogącej połączyć się odwrotnie. Poszukaj w sklepach modelarskich - zarówno akumulatora (są dokładnie te same Dualsky - rzeczywiście bardzo fajne, sam na nich latam) jak i odpowiedniego konektora "odwrotnego".

W czasie prób na stole przydałby Ci się po prostu zasilacz laboratoryjny. To inwestycja na lata a oddaje nieocenione usługi. Ma ustawiane napięcie i ograniczenie prądowe, możesz bawić się układem całymi dniami a samo "pierwsze włączenie" nie jest okupione stresem typu: "czy już coś śmierdzi?".

Przy pierwszych próbach zastępstwem może być bezpiecznik zamontowany bezpośrednio na kablu od akumulatora ale jak rozumiesz nie jest to rozwiązanie ani tak praktyczne ani tak bezpieczne jak zasilacz. Po prostu oszacuj prąd maksymalny Twojego układu, kup oprawkę montowaną na kabel do bezpiecznika 5x20 i kilka sztuk w miarę szybkich bezpieczników na prąd trochę większy niż policzyłeś. Przede wszystkim jednak zdrowy rozsądek: żadnych manipulacji - w szczególności w obwodach zasilania przy włączonym akumulatorze. Układy za stabilizatorami są już bezpieczniejsze bo ograniczenie jest wbudowane w stabilizator ale też delikatniejsze - zwarcie do dużego napięcia albo jakieś inne niefortunne omsknięcie ręki przy włączonym zasilaniu i nóżka procesora odpływa na stałe do zera lub jedynki.. Lepiej nie ryzykować i wyłączać przy każdym grzebaniu w sprzęcie.

I tak szczerze mówiąc ciężko będzie znaleźć "źródła które będą do większości zastosowań pasować". Jak się za chwilę okaże jedne będą za duże inne za małe, nie mówiąc o napięciach, pojemnościach i wydajnościach prądowych itp. LiPole to wciąż jednak drogie elementy, powienieneś raczej wychodzić od celów funkcjonalnych jakie ma projekt/pojazd/urządzenie spełniać, oszacowań wymaganego trybu i czasu pracy, poboru prądu w różnych stanach i na tej podstawie dobierać źródła zasilania. 2200 to duży klocek, moje samoloty latają na takich 3S dobrze ponad pół godziny ale quadrocopter już tylko 13 minut - wszystko zależy od aplikacji.

[wolf91]

Mam aktualnie trochę pieniędzy i chce nieco zainwestować, ponieważ hardware mnie zafascynował a studiuje AiR, więc trzeba się wdrażać🙂

Z tego co zrozumiałem zalecasz mi nie podłączać źródła bezpośrednio do shilda, jednak z tego co wiem jakiekolwiek wyjście arduino nie przekracza 5V więc jeśli np podłącze jakiegoś pololu medium power, to już go nie wkręcę na wysokie obroty. Bo shield będzie miał tylko 5V. Alternatywą dla rozgałęzienia źródła, jest drugie źródło, co jest bez sensu, bo wtedy musiałbym już kontrolować napięcie na źródle silnikowym. Więc wyjście które zaproponowałem wydaje mi się jedynym słusznym.

o konektory to chodziło Ci o to:

http://www.nastik.pl/konektor-dc3b-pakietu-p-3045.html

Już chyba zdecydowałem się na na 11,1V bo mam większy zakres silników do wyboru oraz większe pole manewru.

W sumie nawet dobry pomysł z tym zasilaczem laboratoryjnym, co sądzisz tym ?

Wiem, że nie można wybrać idealnego Lipo, ale ja nie buduje niczego konkretnego jeszcze, chce na razie żeby coś ruszało i jeździło, gdy będę myślał o zbudowaniu czegoś konkretnego pod określone z góry zadania i wymogi to zdaje sobie sprawę, że będę musiał specjalnie pod to dokupić pakiet.

[MirekCz]

Wolf91:

1. Jak bardzo chcesz się wdrożyć to w swojej okolicy masz grupę grom - http://robogrom.pl/ - zgłoś się do chłopaków, z pewnością Ciebie przygarną, piwkiem poczęstują (no na początku ty ich 😉 ) i wszystko wytłumaczą...

2. Nie ma problemu z podłączeniem tego samego źródła zasilania do różnych części robota. Nawet jakbyś miał kilka źródeł to masę (gnd) ich wszystkich też trzeba połączyć, żeby był wspólny punkt odniesienia do wszystkich części.

Marek wcześniej powiedział, że nie należy akumulatorów "dzielić" tak, że np masz 3 akumulatory (razem dają ~12V) i dwa podłączysz do zasilania płytki, a wszystkie trzy do silnika. W takim wypadku te 2 akumulatory podłączone i do silników i do płytka zasilającej będą się szybciej rozładowywały co rodzi pewne problemy (możliwość ich zbyt dużego rozładowania -> uszkodzenia, potrzeba ładowania z balanserem, który ładuje oddzielnie wszystkie celle...)

3. Reasumując w Twoj wypadku powinno wyglądać to tak, że przewody +/ od paczki akumulatora idą zarówno na płytkę ze sterownikami silników jak i na płytkę arduino. Bezpieczniki są raczej zbędne - uważaj tylko przy podłączeniu wszystkiego, żeby nie obrócić polaryzacji...

4. Co do używania pololków dużych mocy i do tego wysokiego napięcia to się nie rozpędzaj, bo sterowniki L293D na tym shieldzie są dosyć słabe i nie uciągną za wiele... patrz dokumentacja.

Do tego na początku szkoda brać silniki HP czy nawet MP, bo szybko je zajedziesz i 100zł pójdzie w bloto. Do zabawy lepiej kupić słabsze, ale przez to trwalsze silniki zwykłe pololu, albo coś plastikowego co możesz dostać za 15-20zł w moim sklepie. Zawodów na tym nie wygrasz, ale do pierwszego robota są ok., a jak zaczniesz coś poważnego projektować to wtedy dobierzesz silniki dokładnie pod konstrukcje.

[marek1707]

"..jednak z tego co wiem jakiekolwiek wyjście arduino nie przekracza 5V.."

Tak, masz rację, procesor Arduino jest zasilany z 5V więc żaden jego port nie da więcej niż 5V ale przecież silniki nie są zasilane z sygnałów logicznych tylko z osobnej szyny zasilania, prawda? Może spójrz wreszcie na schemat swojego 2560 (drugie trafienie google'a po zapytaniu "arduino 2560 schematic"), bo chyba wciąż obracamy się w kategoriach "słyszałem", "gdzieś przeczytałem" itp. Widzisz 6-kontaktowe złącze nazwane POWER? Jest na nim masa, zasilanie 5V, 3V, sygnał RESET oraz VIN. To ostanie jest właśnie rozprowadzeniem zewnętrznego zasilania na shield (i odwrotnie). Jeżeli dodatkowa płytka go potrzebuje, to pobiera go z tego punktu - a silnikowa ma taką możliwość.

1. Jeśli doprowadzisz do płyty głównej 8V, to motor shield je dostanie i może z tego napędzać swoje silniki.

2. Rozwiązaniem alternatywnym (i chyba jednak najlepszym) jest podłączenie zasilania wyłącznie do płyty silnikowej i zezworkowanie jej tak, by "podała" je poprzez złącze POWER na płytę główną.

3. Trzecią wreszcie możliwością jest rozgałęzienie kabelka plusowego (i tylko tego) z aku na płytę główną i na silnikową - też jest OK, ale nie widzę żadnej przewagi a tylko zbędne kombinacje z kablami.

Możesz tak zrobić (rozgałęzić) - to nie będzie błędem, choć przy prądach jakie oferują wbudowane mostki ja bym się nie bawił. W tej aplikacji jest to dyskusja o wyższości świąt Bożego Narodzenia na Wielkanocą, zrób jak zechcesz.

Bardziej łopatologicznie już nie umiem.

Zasilacz: wskazałeś chyba najbardziej "ekonomiczny" zasilacz laboratoryjny jaki istnieje ale jeśli masz szansę go kupić, bierz. Będzie wielką pomocą przy każdym projekcie. 30V wystarczy w zupełności a z 5A to już i parę silniczków popędzisz w kontrolowanych warunkach. W pakiecie dostajesz bieżący pomiar napięcia i prądu - naprawdę się przydają i znacznie poprawiają poczucie "panowania nad sytuacją" podczas eksperymentów.

Niska cena ma jednak konsekwencje: brakuje wyłącznika napięcia wyjściowego niezależnego od zasilania sieciowego. To znaczy, że za każdym podczas włączania tego zasilacza wyłącznikiem sieciowym musisz mieć odłączone obciążenie bo nigdy nie wiesz jakie napięcie (i jakie ograniczenie prądowe) jest ustawione na gałkach. Być może młodszy brat bawił się wczoraj w kręcenie albo kot przeszedł za blisko i z 5V robi się 25V a gdy włączysz - jest już za późno. To samo z ograniczeniem prądowym. Nie możesz go ustawić inaczej jak przez zwarcie końcówek, obserwację prądu i kręcenie gałkami. Niby nic ale z czasem może być męczące.

Kolejna sprawa to sam kształt ograniczenia. Te zasilacze produkowane są w dwóch wersjach (nie piszę o naklejkach na obudowie i "producentach" - tych są chyba dziesiątki). Pierwsza ma charakterystykę typu foldback czyli po przekroczeniu zadanego prądu napięcie jest zmniejszane gwałtownie do 0 a prąd ograniczany do jakiegoś małego (rzędu 100mA). Wtedy zasilacz jest jakby "wyłączony" czy "zatkany" a powrót do ostanu normalności odbywa się poprzez całkowite zdjęcie obciążenia. To jest ten gorszy przypadek. W innej wersji masz typowe źródło prądowe: po dojechaniu do poziomu ograniczenia zasilacz nadal wypuszcza z siebie żądany prąd ale zmniejsza napięcie. Tą metodą możesz np. ładować LiPole bo to nic innego jak algorytm cI/cV ale też działanie to bardziej przypomina typowe źródła typu akumulator no i podłączony układ nie resetuje się gdy tylko odrobinkę przekroczysz prąd. Intuicyjnie spodziewamy się przecież, że wtedy napięcie powinno lekko przysiąść a nie zjechać do zera. Ja swój przerobiłem na "wersję 2" od razu pierwszego dnia i jestem z tego bardzo zadowolony. Koniecznie zapytaj sprzedawcę jaka to wersja a jeśli nie wie, żądaj instrukcji ze schematem - wtedy sam sobie poradzisz.

Oczywiście alternatywą jest zakup czegoś lepszego (czytaj: droższego, niestety). Jako "koni pociągowych" do szybkich testów w mojej firmie używamy też takich:

http://www.tme.eu/pl/details/nsp-3630/zasilacze-jednokanalowe/manson/#

To również taniocha, ale przynajmniej wyposażona w wyłącznik napięcia wyjściowego domyślnie wyłączony. Przy próbach układu na biurku jednym kliknięciem możesz włączyć i wyłączyć zasilanie wciąż widząc napięcie i prąd na LCD - to fajne. Zasilacz jest naprawdę mały bo impulsowy ale niestety tylko 3A. Może takie coś:

http://www.tme.eu/pl/details/ax-3005dbl/zasilacze-jednokanalowe/axiomet/#

Dużo sprzętu jest też tutaj:

http://www.ndn.waw.pl/index.php?id_dzialu=19

Co do złącza aku - tak, o czymś takim myślałem. Co prawda Ty wskazałeś konektor już zwykle montowany w akumulatorze a potrzebujesz odwrotny ale ciepło, ciepło..

Właściwie to każde urządzenie zasilane z akumulatora powinno mieć jakoś rozwiązany problem nadzoru zasilania. Pomiar napięcia akumulatora to minimum, bo raz zajechany LiPol już nigdy nie wróci do czasów swojej świetności. Nie możesz tu bazować na "samowyłączaniu" Arduino bo to pierwsze to nie musi być prawdą a po drugie nie jest to w żaden sposób kalibrowane. Procesor musi mierzyć napięcie i wyraźnie sygnalizować stan rozładowania zbliżający się do 6V (dla 2S) wraz z odmową załączenia w takim stanie silników i innych większych obciążeń.

EDIT: zabrakło jednego słowa "nie" 🙂

[wolf91]

@Mirku, dzięki za polecenie RoboGromu, odezwę się z pewnością do nich jak tylko zacznę coś więcej rozumieć, bo nie chce nawiązywać kontaktu gdy jestem zupełnie zielony:)

@Marku, bardzo dziękuję za pomoc, jednak nie posiadam jeszcze umiejętności czytania schematów, więc nawet jakby go zobaczył to i tak nie byłbym wstanie tego wydedukować...

Zakupy zrobione, kupiłem polecony przez Ciebie zasilacz, pakiety lipo S3.

Wiem, chce je podłączać bezpośrednio do Arduino bo silniki kupiłem na 6V, więc Arduino powinno załatwić sprawę. Pisałem, że z pakietów 2s mogę zasilać arduino przez płytę silnikową, mogę to również zrobić dla pakietów 3s? bo nie wiem czy napięcie tak podane będzie stabilizowane dla arduino.... Sorry, za trywializmy...