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Le schede Arduino hanno cambiato il volto della tecnologia fai-da-te. Progetti semplici come la creazione di semafori Arduino in miniatura sono perfetti per insegnare ai principianti l'elettronica di base e la programmazione.
Gli Arduino sono perfetti per i progetti domestici e possono essere utilizzati in movimento collegando loro una batteria. Il problema è che anche la batteria più grossa verrà scaricata rapidamente anche da una piccola scheda Arduino.
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Se vuoi davvero che il tuo Arduino funzioni a lungo termine, dovrai apportare alcune modifiche e modifiche.
1. Librerie software Arduino a bassa potenza
Sono disponibili diverse librerie software che possono modificare il consumo energetico di Arduino. Inviando l'Arduino in una modalità di sospensione profonda per un determinato periodo di tempo, è possibile risparmiare energia tra un'operazione e l'altra. Ciò è particolarmente utile per i microcontrollori che rilevano le letture dei sensori in aree remote come stazioni meteorologiche o rilevano sottocircuiti per dispositivi più grandi.
Il Libreria a basso consumo dell'utente Github rocketscream è un esempio di libreria facile da usare, perfetta per risparmiare energia. Considera il codice seguente, basato su alcuni codici di esempio della libreria:
#include 'LowPower.h'
// setup() your sensors/LEDs here
void loop()
{
// This next line powers the arduino down for 8 seconds
//ADC means analogue to digital conversion, and BOD for brown out detection
//both are turned off during the sleep period to save power
LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);
//After each sleep, you can instruct the Arduino to carry out its tasks here - for example, take a temperature reading and send it to a server.
}Questo codice è un buon inizio. Non solo riduce il consumo energetico utilizzando metodi già incorporati, ma spegne anche il potenziale costoso conversione da analogico a digitale (che può consumare energia anche quando è inattivo) e il rilevamento del brown out che interrompe l'esecuzione del codice Arduino quando la sua tensione di ingresso diventa troppo bassa.
Questa è una misura semplice ma efficace per iniziare a ridurre la potenza assorbita dal tuo Arduino. Possiamo andare molto più in profondità di questo però!
2. Risparmio energetico integrato in Arduino
Il linguaggio di programmazione Arduino ha il suo built-in dormire funzionalità progettata per aiutare con il risparmio energetico. La funzione sleep, utilizzata in tandem con interrompere clausole, consenti ad Arduino di riattivarsi.
Arduino ha pin specifici progettati per interrompere il ciclo di sospensione e puoi accedervi utilizzando la funzione di configurazione:
#define interruptPin 2
void setup()
{
//interrupt pin MUST be Arduino pin 2 or 3 on Uno
//set the pin to pull up mode
pinMode(interruptPin, INPUT_PULLUP);
}
Ora che questo è impostato come pin di interruzione, puoi tranquillamente mandare il tuo Arduino a dormire. Un modo semplificato per farlo è creare due piccole funzioni:
void sendToSleep()
{
//enable sleeping - note this primes sleep, not starts it!
sleep_enable();
//attach the interrupt, specify the pin, the method to call on interrupt,
//and the interrupt conditions, in this case when the pin is pulled low.
attachInterrupt(interruptPin, wakeUpAgain, LOW);
//actually activate sleep mode
sleep_cpu();
//code continues on from here after interrupt
Serial.println('Just awoke.');
}
void wakeUpAgain()
{
//stop sleep mode
sleep_disable();
//clear the interrupt
detachInterrupt(interrputPin);
}Il codice sopra è un modo semplificato per inviare il tuo Arduino in modalità di sospensione e puoi riattivarlo collegandoti perno 2 al GND spillo. Mentre Arduino Uno è in modalità di sospensione, riduce di circa 11 mA l'assorbimento di potenza totale e, se si utilizza un Pro Mini, è possibile aspettarsi di passare da un normale consumo energetico di 25 mA a soli 0,57 mA.
Gli interrupt sono un ottimo modo per ridurre il consumo di energia e Il blog di Kurks ha alcuni post dettagliati su di loro , che aiutano a demistificare le interruzioni per i principianti.
3. Rallenta la velocità di clock di Arduino
La velocità di clock del tuo Arduino determina quante operazioni può eseguire al secondo. La maggior parte delle schede Arduino funziona su un processore da 8 o 16 MHz, anche se alcune delle schede derivate come la Teensy 3.6 vantano velocità di elaborazione fino a 180 MHz! Questo è il motivo per cui molti Agli hacker fai-da-te piace usare le schede Teensy su Arduino nei loro progetti fai-da-te.
Tutta questa potenza di elaborazione ha un costo energetico e per molti casi d'uso l'utilizzo della piena velocità di clock è eccessivo. È qui che la regolazione della velocità di clock tramite software può fare la differenza.
Sarebbe negligente da parte mia non avvertirti, la modifica della velocità di clock può causare problemi con il bootloader e potrebbe lasciarti con un Arduino su cui non puoi caricare gli schizzi, se fatto in modo errato.
Se vuoi provare a cambiare la velocità di clock, oltre a creare strumenti nell'IDE di Arduino per consentirti di modificare la frequenza della CPU al volo, La guida dettagliata di Pieter P può aiutarti a iniziare.
4. Sostituisci i componenti Arduino affamati di energia
L'Arduino Uno è la scheda più popolare per i principianti e la maggior parte dei kit Arduino fornisce un modello ufficiale o clone. Il suo fattore di forma più grande e i microchip sostituibili a caldo lo rendono perfetto per la sperimentazione e la sua ampia capacità di tensioni di ingresso insieme alla conversione di tensione a bordo per i componenti da 3,3 V lo rendono adatto a quasi tutti gli scopi.
Tutte queste funzionalità non sono economiche in termini di consumo energetico. Con questo in mente, ci sono una serie di cose che puoi fare per alterare fisicamente un Arduino Uno per risparmiare energia.
Il regolatore di tensione su Arduino Uno provoca il più grande consumo di energia singolo sulla scheda. Questo non è particolarmente sorprendente, in quanto deve scendere fino a 7v in modo sicuro dall'alimentatore in ingresso alla scheda stessa. Alcuni hanno cercato di aggirare questo problema sostituendo il regolatore con altri più efficienti, ma questo non risolve davvero il problema.
Patrick Fenner di DefProc Engineering ha trovato un'ottima soluzione nel suo post sul blog sulle strategie di risparmio energetico di Uno. Sostituendo completamente il regolatore di tensione con un convertitore buck DC-DC, è riuscito a dimezzare il consumo energetico del microcontrollore.
5. Crea il tuo Arduino
Un modo sicuro per utilizzare solo la potenza necessaria per il tuo progetto è progettare un microcontrollore secondo le tue specifiche. In passato abbiamo mostrato come puoi costruire il tuo Arduino per una frazione del costo di una scheda ufficiale.
Oltre ad avere un controllo molto maggiore sulle dimensioni e sulla portata del circuito, questo può ridurre il consumo energetico a 15,15 mA in standby e fino a 0,36 mA in modalità di sospensione. Queste cifre sono tratte da post incredibilmente dettagliato di Nick Gammon sul suo forum.
Questo post copre molti altri aspetti del risparmio energetico di Arduino ed è una risorsa fantastica a cui fare riferimento quando si cerca di spremere un po' più di tempo da un alimentatore mobile.
Usa Arduino per grandi idee e una piccola impronta energetica
Quando ci stai lavorando i tuoi primi progetti Arduino per principianti , il consumo energetico probabilmente non è un problema.
Man mano che le tue idee diventano più grandi e richiedono più riflessione, vale la pena imparare modi per semplificare la configurazione. Tra assicurarti di ottenere la scheda Arduino giusta e configurarla per ottenere il massimo da essa, puoi fare molto per creare dispositivi davvero unici e utili. Buona fortuna e continua ad armeggiare!
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Ian Buckley è un giornalista freelance, musicista, performer e produttore di video che vive a Berlino, in Germania. Quando non sta scrivendo o sul palco, armeggia con l'elettronica o il codice fai-da-te nella speranza di diventare uno scienziato pazzo.
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