logo elektroda
logo elektroda
X
logo elektroda
REKLAMA
REKLAMA
Adblock/uBlockOrigin/AdGuard mogą powodować znikanie niektórych postów z powodu nowej reguły.

Podłączenie 2 przetwornic z różnym napięciem w układzie z 2 Arduino Nano

krzysiek1594 16 Sie 2021 16:10 1044 15
REKLAMA
  • #1 19566198
    krzysiek1594
    Poziom 9  
    Posty: 66
    Ocena: 10
    Witam!
    Zanim zadam właściwe pytanie - uprzedzam, przekopałem się przez wiele tematów o podobnej tematyce - niestety nie uzyskałem jednoznacznej odpowiedzi, lub mój brak wiedzy sprawił, że nie byłem w stanie zrozumieć logiki lub nomenklatury. Dlatego jeśli jest to dubel tematu - wybaczcie!

    Jestem w trakcie budowy drona z gotowego projektu. Na pokładzie drona znajdą się 2 układy na arduino nano - kontroler lotu oraz odbiornik sygnału wifi do zdalnego sterowania. Arduino wymaga zasilania 5V (maks 12V), układ nrf24 (odbiornik wifi) - 3,3V. Zasilanie 3,3V z Arduino jest zbyt mało wydajne, dlatego też konieczne jest zasilanie zewnętrzne, z wykorzystaniem prostego gotowego modułu step-down na AMS1117.

    Źródłem zasilania będzie bateria LiPo 11,1V, która jak wiemy - przy pełnym naładowaniu osiąga 12,6V. Wbrew gotowemu projektowi postanowiłem iż warto zasilić Arduino mniejszym napięcie by nie nadwyrężać wbudowanej przetwornicy. Oryginalny schemat wygląda następująco (dla płytki odbiornika, drugie arduino połączone pinami vin i gnd):

    Podłączenie 2 przetwornic z różnym napięciem w układzie z 2 Arduino Nano


    Zmiana jaka chce wprowadzić to wrzucenie jeszcze jednej przetwornicy regulowanej stepdown na samym wejściu zasilania (gotowy moduł na MP2307 mam pod ręką, zapewne bez izolacji). Zmniejszenie napięcia do 7V co spokojnie pozwoli bez problemów zasilić obie płytki arduino przez pin vin bez sprawdzania odporności termicznej wbudowanych elementów oraz jednocześnie jego wyjście podłączyć pod drugą przetwornicę AMS1117 by uzyskać 3,3V dla nRF24.

    Tutaj pojawia się pytanie główne - czy taki układ ma rację bytu? Pytań o równoległe, czy szeregowe połączenie przetwornic jest multum, jak i odpowiedzi - nie mniej brak mi wiedzy, by na zasadzie analogii przełożyć to na grunt mojego przypadku.

    Pytanie numer 2 - czy jeśli jest to sensowne rozwiązanie, analogicznie do oryginalnego schematu - nie tykam masy żadnej z przetwornic? Łącze jedynie +, a masa wychodzi dopiero z nRF24 do Arduino, a następnie bezpośrednio do baterii z pominięciem przetwornic?

    Dziękuję za wszelką cierpliwość i rady!
    Pozdrawiam
    Krzysiek
  • REKLAMA
  • #2 19566278
    krzysiek_krm
    Poziom 40  
    Posty: 4612
    Pomógł: 716
    Ocena: 598
    krzysiek1594 napisał:
    Tutaj pojawia się pytanie główne - czy taki układ ma rację bytu?

    Moim zdaniem - nie bardzo.
    Producent regulatora napięcia, który jest użyty w Nano zaleca nie przekraczać napięcia 15 V, w Twoim układzie jest maksimum 12.6 V więc jest OK.
    Producent Nano podaje, że pobór prądu wynosi 19 mA, czyli moc strat na regulatorze napięcia wynosi (12.6 - 5) * 19 = 144 mW, kostka ma nie więcej niż 100 C/W więc przyrost temperatury będzie nie większy niż 14 stopni powyżej temperatury otoczenia, to jest zupełnie w porządku.
    Z innej beczki - chyba powinieneś użyć układów konwersji 5 <-> 3.3, są gotowe płytki w sklepach dla hobbystów.
  • #3 19566297
    krzysiek1594
    Poziom 9  
    Posty: 66
    Ocena: 10
    Dzięki za odpowiedź!

    Zweryfikowałem kilkukrotnie zarówno w dokumentacji Arduino jak i forach tematycznych - wszędzie jednoznaczna informacja o zasilaniu 7-12V. Dodatkowo i przy 12V pojawiały się już problemy jak spalenie układu, a na pewno skróci to jego żywotność.

    Stosuję właśnie klasyczny moduł hobbistyczny na 3,3V i jest to układ na AMS1117, identyczny stabilizator jak w samej płytce Arduino.
    Ale zasilenie samego Arduino pozostaje problemem.
  • #4 19566366
    krzysiek_krm
    Poziom 40  
    Posty: 4612
    Pomógł: 716
    Ocena: 598
    krzysiek1594 napisał:
    wszędzie jednoznaczna informacja o zasilaniu 7-12V

    Jeżeli producent płytki nano używa oryginalnych układów to LM1117 Texasa ma zalecane maksymalne napięcie 15 V a maksymalne nieprzekraczalne 20 V, jakie układy są w klonach - trudno powiedzieć.
    krzysiek1594 napisał:
    Dodatkowo i przy 12V pojawiały się już problemy jak spalenie układu

    Trudno powiedzieć w jakich okolicznościach. Przed przegrzaniem układ regulatora jest zabezpieczony, nie spali się ale wyłączy do czasu ostygnięcia. Jak ktoś używał w samochodzie to "12 V" w samochodzie jest równe nawet 14.4 V a zdarzają się również przepięcia.
    Może po prostu ładuj ogniwa do niższego napięcia, powiedzmy 12 V, co w sumie zwiększy ich czas życia. Dodatkowo zastosuj szeregową diodę do "zbicia" napięcia.
    krzysiek_krm napisał:
    chyba powinieneś użyć układów konwersji 5 <-> 3.3, są gotowe płytki w sklepach dla hobbystów

    Miałem na myśli raczej konwersję sygnałów logiki 5 V na 3.3 V i odwrotnie.
  • #5 19566426
    krzysiek1594
    Poziom 9  
    Posty: 66
    Ocena: 10
    Rozumiem, nie mniej producent Arduino deklaruje maksymalne napięcia 12V i tego chciałbym się trzymać. Tym bardziej, że drugą najczęściej podpowiadaną frazą przy "arduino nano 12v" jest "smoke" ;) Te deklaracje pochodza z oficjalnej dokumentacji producenta. Ja posiadam klona więc tym bardziej można myśleć o mniejszej odporności.

    Poza tym mówimy o dronie - pozwolenie sobie na "wyłączenie się" regulatora i np. niedoprowadzenie prądu do innych modułów (MPU6050) jest z mojej perspektywy niedopuszczalne gdy coś znajduje się 100m nad głową i na skutek takiej awarii może natychmiast zacząć spadać.

    Nieładowanie do końca też jest przeciętnym pomysłem, przy baterii 1300mAh jeszcze większe skrócenie czasu lotu nie jest spełnieniem marzeń.

    Ale skoro użycie 2 przetwornic nie ma racji bytu - będę szukać innego rozwiązania.
  • REKLAMA
  • Pomocny post
    #6 19566447
    krzysiek_krm
    Poziom 40  
    Posty: 4612
    Pomógł: 716
    Ocena: 598
    krzysiek1594 napisał:
    Ale skoro użycie 2 przetwornic nie ma racji bytu - będę szukać innego rozwiązania.

    Ta druga przetwornica ma rację bytu, jeżeli faktycznie chcesz być maksymalnie bezpieczny.
    Obie przetwornice powinny być impulsowe - w miarę duża sprawność.
    Jedna 12.6 V -> 7 (8) V -> arduino
    Druga 12.6 V -> 3.3 V -> moduły komunikacyjne
    Wszystkie masy muszą być połączone, rzecz jasna.
  • REKLAMA
  • Pomocny post
    #7 19566568
    lechoo
    Poziom 39  
    Posty: 5161
    Pomógł: 377
    Ocena: 545
    W swoim pierwszym dronie z początku miałem najzwyklejszego 7805 do zasilania kontrolera lotu, odbiornika RC oraz GPS-a. Później zmieniłem to na dedykowany moduł z przetwornicą impulsową oraz układem do pomiaru poboru prądu - zliczanie zużywanych mAh.

    Podłączenie 2 przetwornic z różnym napięciem w układzie z 2 Arduino Nano

    Ja bym w Twoim przypadku zasilił wszystkie moduły z jednej przetwornicy 3,3V pomijając stabilizator na płytce Arduino.

    Trochę dziwi mnie, że nie użyjesz gotowego kontrolera lotu - to wydatek zaledwie kilkadziesiąt zł, a zaoszczędzić może sporo czasu straconego na eksperymenty...
  • #8 19566847
    krzysiek1594
    Poziom 9  
    Posty: 66
    Ocena: 10
    @krzysiek_krm - okej! Nie jestem pewien czy są impulsowe (nie widzę takiej notki w specyfikacji produktu). Ale mam nadzieję, że są!
    Co prawda pierwotnie myślałem o podłączeniu przetwornicy na 3.3V za wyjściem z przetwornicy 5V - pytanie czy takie połączenie szeregowe wiele zmienia? Jeśli jest problemem - oczywiście podłączę je do źródła zasilania równolegle! Jeśli chodzi o sprawność - dla 3.3V nie znam, dla 5V - 94%

    @lechoo - jeśli chodzi o zasilanie z 3.3V - jeśli nie będzie alternatywy, pobawię się w przeróbkę na 3.3V, ale to tez nie jest idealne rozwiązanie. Zegar procesora na tym napięciu nie jest w stanie utrzymać taktowania.
    Jeśli chodzi o zakup kontrolera - oczywiście nie byłoby z tym problemu. Nie mniej moim zamysłem jest zrobienie wszystkiego możliwie własnoręcznie. A w takie problemy i dylematy jak właśnie ten z którym się tutaj zgłosiłem choć trochę zmieniają mnie z całkowitego laika...na trochę mniejszego laika ;) Takie wyzwania wydają mi się być najlepsza drogą poszerzania wiedzy! ;)
  • Pomocny post
    #9 19566888
    lechoo
    Poziom 39  
    Posty: 5161
    Pomógł: 377
    Ocena: 545
    W takim razie arduino nano zasilasz napięciem 5V z przetwornicy MP2307 (z pominięciem stabilizatora 5V na płytce arduino), moduł żyroskopu MPU6050 ma już na swojej płytce stabilizator 3,3V więc też zasilasz go tym samym napięciem 5V, natomiast moduł komunikacji radiowej nRF24 zasilasz poprzez dodatkowy stabilizator liniowy (1117) obniżający napięcie z 5V na 3,3V.

    5V możesz też wziąć z regulatorów ESC - praktycznie każdy z nich ma już wbudowany stabilizator 5V, zaś napięcie to jest wyprowadzone na wejście sterujące.

    Jeśli stwierdzisz, że arduino nano jest za słabe, to zainteresuj się projektem YMFC-32.
  • #10 19566903
    krzysiek1594
    Poziom 9  
    Posty: 66
    Ocena: 10
    @lechoo - i dokładnie o to rozwiązanie pytałem w pierwszym poście.
    Jedyna różnica - planowałem zasilić Arduino przez Vin. Dlaczego? Vin ma dodatkowe zabezpieczenia (chociażby odwrotna polaryzacja) w przypadku wpięcia się w 5V nie mam tego dodatkowego zabezpieczenia. Ale to detal - przetwornica regulowana ma zakres 1V-20V, więc mogę wpiąć się w 5V lub Vin podbijając napięcie do tych 6,5V-7V.
    Bardziej chodziło mi o sam fakt, czy podłączenie przetwornic w kaskadzie 12,6V -> 5V -> 3,3V na drodze do nRF24 nie jest problemem. Bo przekopując się przez multum tematów na elektrodzie zdania były podzielone, od "to nieodpowiednie w każdej sytuacji" przez "odpowiednie jeśli przetwornice są izolowane", po "nie będzie problemu". Stąd też było moje pytanie! Dzięki!

    PS. Myślałem o BEC z ESC, niestety chyba nie są już tak popularne. Celowałem w ESC RacerStar RS30A lite - nie mają w ofercie modułów z BEC. Zacząłem "googlać" i wybór ESC znacząco się skurczył - dorwanie sensownej marki w cenie <200zł za 4 sztuki jest niemal awykonalne.
  • #11 19566930
    lechoo
    Poziom 39  
    Posty: 5161
    Pomógł: 377
    Ocena: 545
    ESC do racerów przeważnie maja wejścia na transoptorach, stąd brak BEC aby nie tworzyć pętli masy. Użycie takich ESC w Twoim projekcie to przerost formy nad treścią...
  • #12 19566938
    krzysiek1594
    Poziom 9  
    Posty: 66
    Ocena: 10
    Ale cenowo wypadają bardzo dobrze! Pierwotnie szukałem po prostu najtańszych, które nie są Chińskim nonamem - i tak trafiłem na nie. No i mają spory zapas by móc przełożyć je w późniejszym czasie do czegoś większego!
    Ale jeśli znasz jakąś ciekawą alternatywę - byłbym mega wdzięczny za polecenie!
  • REKLAMA
  • Pomocny post
    #13 19566946
    lechoo
    Poziom 39  
    Posty: 5161
    Pomógł: 377
    Ocena: 545
    Kup najtańsze 30A, przynajmniej nie będziesz musiał się martwić jak i czym je poprawnie skonfigurować - podłączasz i działają :)
  • Pomocny post
    #14 19567022
    krzysiek_krm
    Poziom 40  
    Posty: 4612
    Pomógł: 716
    Ocena: 598
    krzysiek1594 napisał:
    Nie jestem pewien czy są impulsowe (nie widzę takiej notki w specyfikacji produktu). Ale mam nadzieję, że są!

    Wskazane jest użycie przetwornic impulsowych ze względu na znacznie mniejsze straty niż w regulatorach liniowych - bateria wystarczy na dłużej.
    krzysiek1594 napisał:
    pytanie czy takie połączenie szeregowe wiele zmienia? Jeśli jest problemem - oczywiście podłączę je do źródła zasilania równolegle!

    Szeregowe łączenie liniowych regulatorów nie stanowi żadnego problemu, można sobie połączyć nawet kilka "pięter", jednak użycie liniowych regulatorów nie jest optymalne ze względu na małą sprawność.
    W przypadku przetwornic impulsowych takie kaskadowe łączenie nie jest oczywiste. Przetwornice pobierają prąd z zasilania w sposób impulsowy, co może jakoś zakłócać to "poprzednie" napięcie. Oczywiście nie jest tak, że "nie da się" ale może się okazać, że będziesz musiał użyć dość rozbudowanego układu filtracji zasilania, być może dobranego doświadczalnie. Jeżeli nie ma absolutnej potrzeby to lepiej nie łączyć przetwornic kaskadowo. Równoległe dołączenie kilku przetwornic do tej samej baterii to nie jest żaden problem, zakres napięć wejściowych jest zazwyczaj odpowiedni, sprawność też będzie dość podobna.
    krzysiek1594 napisał:
    Poza tym mówimy o dronie - pozwolenie sobie na "wyłączenie się" regulatora i np. niedoprowadzenie prądu do innych modułów (MPU6050) jest z mojej perspektywy niedopuszczalne gdy coś znajduje się 100m nad głową i na skutek takiej awarii może natychmiast zacząć spadać.

    Właściwie mógłbyś zastosować jakąś redundancję, na przykład każda przetwornica razy dwa, wyjścia połączone za pomocą diod idealnych. Wówczas jak któryś z regulatorów padnie to będzie działał ten zapasowy.
  • #15 19577862
    krzysiek1594
    Poziom 9  
    Posty: 66
    Ocena: 10
    Okej! To była długa batalia! Dziękuję koledzy za wsparcie! O ile przetwornice śmigały idealnie szeregowo (w sumie BEC z ESC to dokładnie to samo, więc niczym się to nie różni), tak z samymi nRF24 miałem tygodniową walkę! Wszelkie programy testowe gubiły ogromne ilości danych. Zamiast pakietu na sekundę, trafiały parę razy na minutę - tragedia. Kondensatory na wejściu modułów wifi również nie przyniosły znaczącej poprawy.

    Po długich zabawach i zamówieniu kolejnych 2 modułów nRF by upewnić się, że są sprawne, doszedłem do 3 wniosków:
    - środowisko testowe beznadziejne, w tej okolicy (centrum Poznania, kamienica) nawarstwienie sieci wifi sprawia, że zakłócenia są gigantyczne (tutaj w wolnym czasie pobawię się jeszcze z kanałami nRF'ów),
    - przetwornice na pewno nieco sieją zakłócenia, dlatego wyprowadzenie modułu odbiornika z płytki za pomocą przewodów i umieszczenie jej nieco dalej (dosłownie 2-3cm obok płytki) minimalnie poprawia sytuację i taki sposób mocowania zastosuję w dronie,
    - te wszystkie zmiany minimalnie poprawiły częstotliwość poprawnie odczytanych pakietów danych, najlepszym i najwydajniejszym rozwiązaniem było zastosowanie w roli odbiornika - modułu również ze wzmacniaczem i anteną - nagle wszelkie problemy zniknęły, tak więc finalnie dron będzie miał również antenę, co powinno też być pomocne w komunikacji dwustronnej w przyszłości (np. dodanie możliwości odczytu poziomu baterii drona na pilocie).

    Wszystkie powyższe rozwiązania zostaną zastosowane jednocześnie, planuję jeszcze na wejściu do każdego modułu równolegle do 100uf elektrolitu na wejściu zasilania dolutować 100nf ceramiczny. Wyczytałem iż 100uf jest dobry do utrzymania napięcia, za to 100nf pomaga w odfiltrowaniu wszelkich innych zakłóceń (być może bzdura i zostanę zaraz tutaj zjedzony - nie mniej moja wiedza obecna nie pozwala tego zweryfikować).

    Jeszcze raz ogromne dzięki za pomoc!
  • Pomocny post
    #16 19577975
    krzysiek_krm
    Poziom 40  
    Posty: 4612
    Pomógł: 716
    Ocena: 598
    krzysiek1594 napisał:
    Wyczytałem iż 100uf jest dobry do utrzymania napięcia, za to 100nf pomaga w odfiltrowaniu wszelkich innych zakłóceń

    Bardzo dobrze wyczytałeś. Kondensatory elektrolityczne mają całkiem duże wartości ESR i ESL i są dość bezbronne przy dużych częstotliwościach. Kondensatory ceramiczne dobrze "się spisują" przy dużych częstotliwościach.

Podsumowanie tematu

✨ W dyskusji poruszono problem zasilania dwóch układów Arduino Nano w dronie, gdzie jedno wymaga napięcia 5V, a drugie 3,3V. Użytkownik planował użyć przetwornicy step-down AMS1117 do zasilania modułu nRF24, jednak obawiał się o stabilność zasilania i żywotność komponentów przy napięciu 12,6V z baterii LiPo. Uczestnicy sugerowali użycie przetwornic impulsowych dla lepszej efektywności oraz omówili kwestie związane z łączeniem przetwornic w kaskadzie. Wskazano na możliwość zasilania Arduino z 5V, pomijając wbudowany stabilizator, oraz na konieczność zachowania odpowiednich zabezpieczeń. Użytkownik podzielił się doświadczeniami z testowaniem modułów nRF24, które napotkały problemy z zakłóceniami w gęsto zaludnionym środowisku.
Wygenerowane przez model językowy.
REKLAMA