02-03-2018, 11:15 AM
Makso,
projektovanje baterijski napajanih uredjaja nije uopste tako jednostavno kao sto mislis. Mnogo faktora je tu u igri, i o mnogo stvari mora da se vodi racuna. Nabrojacu sa objasnjnjem po stavkama:
1. Baterija/ Ackumulator - Izvor elektricne energije. Da li u pitanju baterija (nepunjivi element) ili akumulator (punjivi element). Na osnovu potrebnog napona napajanja uredjaja i autonomije rada uredjaja, biras izvor. Ti si predlozio LiIon/Poly bateriju. Kada je ova baterija skroz napunjena, napon na njoj je 4.2V. Kada je skroz prazna, napon je oko 2.8V - 3V. 90% rada baterije ima skoro konstantan napon, tj. vrlo mali nagib krive napona, koji se krece od 3.7V - 3.1V. Pre i posle ovih tacaka dolazi do kolena krive. Takodje, ova hemija baterija je izuzetno opasna, tj. moras da zastitis baterije od potpraznjenja i prepunjenja. To znaci da baterija mora da ima svoje zastitno kolo. Nije dovoljno kupiti samo celiju. MORA DA POSTOJI ZASTITNO KOLO NA BATERIJI!!!!
2. Povezivanje vise LiIon/Poly baterija - Ti si predlozio da povezes dve baterije na red i da ti to bude izvor napona napajanja. To ne moze tako lako da se radi sa ovom hemijom. Za te stvari se koriste kola za balansiranje. To je narocito bitno pri punjenju. Ova kola se ugradjuju prilikom punktovanja celija i proizvodjaci ih ugradjuju u termo skupljajucu foliju, tako da kupac dobije bateriju sa elektronikom za balansiranje celija + zastitno kolo. Neko ugradi i NTC otpornik u bamu bateriju (na bateriju) tako da kolo za punjenje baterije moze da prati i temperaturu, kao jedan od bitnih parametara prilikom punjenja baterije.
3. Monitoring LiIon/Poly baterije. Elektronika napojena ovim izvorima, mora da zna kada je baterija (grupa baterija) puna, prazna, koliko dugo jos moze da se koristi itd. Sve ove informacije mogu da se izvuku iz kola koja se zovu Fuel Guage, a u danasnje vreme Impedance track guage. Oba vrsta kola ima jednu zajednicku osobinu, a to je da moraju da nauce sa kojom baterijom rade i kada se zavrsi proces ucenja, kolo automatski prati kolicinu naelektrisanja koja ulazi/izlazi iz baterije. Na osnovu ovih informacija, moze tacno da se zna koliki je procenat napunjenosti baterije. Veza izmedju ovih kola i MCU-ova je uglavnom I2C. Necu ovde da ulazim u detaljnu analizu rada guage-ova.
4. Napon napajanja MCU-a. Vec si video da je napon na krajevima baterije od 4.2V - 3V. Tvoj mcu treba da radi na 3.3V. To znaci da ti treba adekvatan regulator koji je nevezano za ulazni napon da ti na izlazu daje 3.3V. Na taj nacin imas maksimalno iskoriscenje samog izvora elektricne energije. Postoji na trzistu veliki broj regulatora koji su napravljeni za ovu namenu. Uglavnom su to prekidacki izvori za napajanje koji rade kao buck/boost konvertori u zavisnosti od visine ulaznog napona.
5. Punjenje LiIon/Poly baterija. Za punjenje ove hemije baterija koriste se specijalizovana kola koja se zovu punjaci. To ne moze da bude bilo koji punjac, vec mora da bude punjac za odgovarajucu hemiju. Punjac LiIon/Poly baterije radi u dva mora rada, CC (konstantna struja) i CV (konstantan napon). Prvi rezim rada je CC, tj. baterija se puni konstantom strujom koja se podesava na samom punjacu, a sama struja punjenja zavisi od kapaciteta baterije. Ona je uglavnom C/2 (C je jedan kapacitet baterije. Npr. Ako je kapacitet baterije 1000mAh, onda se kaze da je to 1C, a struja punjenja je C/2=500mA).Pored punjenja, punjac kontinualno i meri napon na bateriji i kada se dostigne napon od 4.2V (+/-1%), punjac prelazi u rezim konstantnog napona. U ovom rezimu napon na bateriji je konstantan i iznosi 4.2V, a meri se struja. Kada struja padne ispod C/10 ili kompletno vreme punjenja bude duze od tri sata, to se usvaja kao kraj punjenja baterije i punjac iskljucuje bateriju.
Takodje postoje i punjaci koji pored glavne namene punjenja imaju i distribuciju napona na potrosacu. Ova kola ce uvek iz izvora za punjenje (adaptera) da preusmeravaju deo struje na postrosac. Baterija ce uvek dobiti onoliko struje koliko je podeseno na samom punjacu. Neki punjaci nemaju ovu funkciju i onda projektanti prave gresku na taj nacin sto napajaju uredjaj sa baterije dok se baterija puni. U zavisnosti od topologije samog punjaca, ovo moze da bude veliki problem, jer moze da se desi da punjac javi da je baterija napunjena, a ona je realno napunjena 40%, npr.
================================================================================================
Ovo sto sa ti do sada napisao je vezano za sam izvor za napajanje. Mislim da sam ti dao dosta informacija, da mozes da razmisljas o toj temi i da potrazis konkretne informacije na sajtovima proizvodjaca.
Sada cu da ti kazem par reci oko programiranja MCU-a za baterijski napajane uredjaje.
Video si iz prethodne price, da kada je izvor za napajanje baterija, onda se sve projektuje tako da imas maksimalno moguce iskoriscenje energije iz samog izvora. Ipak, vodjenje racuna samo oko izvora za napajanje nije dovoljno, vec kompletan dizajn mora da bude projektovan tako da uredjaj minimalno trosi elektricne energije.
Prvo cu da ti kazem par reci oko firmware-a. Posto je uredjaj baterijski napajan. onda MCU MORA DA IDE U SLEEP ILI DEEP SLEEP MOD, kako ne bi trosio elektricnu energiju kada ne treba. MCU mora da se probudi na odredjenu akciju, kako bi izvrsio nesto i ponovo se vraca da spava. Na ovaj nacin je postronja minimalna. U tvom primeru, kako si rekao da ne bi povezivao INt linije od expandera je najveca greska. Ti moras da povezes obe linije na mcu i to ne da ih kratkospojis, vec da ih povezes svaku na svoj INt ulaz od MCU-a. Ovaj int ulaz od MCU-a mora da bude u stanju da probudi mcu iz sleep moda (ja osde pricam samo o sleep modu. Mislim na sve modove rada: idle, sleep, deep sleep, power save itd, samo mi lakse da napisem sleep). MCU ti spava. Pritisnut je taster. Ti procitas samo onaj expander gde ti spojen taj taster, obavis sta treba od akcija i vracas se na spavanje.
Sto se hardvera tice, i WiFi modul bi mogao da kontrolises preko MCU-a, tj. da omogucis ukljucivanje/iskljucivanje napajanje samog modula preko MCU-a. Zasto bi ti modul bio stalno nakacen na mrezu, kada moze samo po potrebi na se nakaci, odradi sta treba, raskaci se i iskljucuje mu se napajanje. Na ovaj nacin imas maksimalno iskoriscenje baterije. Sve LED koje imas u sistemu, nikada ne postavljas u mod da stalno svetle, vec samo da blinkne kada treba i koliko puta.
Takodje, same tastere ne bi trebao da dovodis direktno na ulaze expandera, vec da napravis zastitu ulaza expandera u vidu RC mreza i TVS dioda na svakom ulazu. Takodje, svako integrisano kolo koje imas mora da ima odgovarajuce rasprezanje.
Takodje, kao sto je Miki rekao, moras da nacrtas detaljnu elektricnu semu, pre bilo kakvog PCB-a. Postavi je da je prokomentarisemo, ali pre toga napisi, zelim da koristim to i to itd.
projektovanje baterijski napajanih uredjaja nije uopste tako jednostavno kao sto mislis. Mnogo faktora je tu u igri, i o mnogo stvari mora da se vodi racuna. Nabrojacu sa objasnjnjem po stavkama:
1. Baterija/ Ackumulator - Izvor elektricne energije. Da li u pitanju baterija (nepunjivi element) ili akumulator (punjivi element). Na osnovu potrebnog napona napajanja uredjaja i autonomije rada uredjaja, biras izvor. Ti si predlozio LiIon/Poly bateriju. Kada je ova baterija skroz napunjena, napon na njoj je 4.2V. Kada je skroz prazna, napon je oko 2.8V - 3V. 90% rada baterije ima skoro konstantan napon, tj. vrlo mali nagib krive napona, koji se krece od 3.7V - 3.1V. Pre i posle ovih tacaka dolazi do kolena krive. Takodje, ova hemija baterija je izuzetno opasna, tj. moras da zastitis baterije od potpraznjenja i prepunjenja. To znaci da baterija mora da ima svoje zastitno kolo. Nije dovoljno kupiti samo celiju. MORA DA POSTOJI ZASTITNO KOLO NA BATERIJI!!!!
2. Povezivanje vise LiIon/Poly baterija - Ti si predlozio da povezes dve baterije na red i da ti to bude izvor napona napajanja. To ne moze tako lako da se radi sa ovom hemijom. Za te stvari se koriste kola za balansiranje. To je narocito bitno pri punjenju. Ova kola se ugradjuju prilikom punktovanja celija i proizvodjaci ih ugradjuju u termo skupljajucu foliju, tako da kupac dobije bateriju sa elektronikom za balansiranje celija + zastitno kolo. Neko ugradi i NTC otpornik u bamu bateriju (na bateriju) tako da kolo za punjenje baterije moze da prati i temperaturu, kao jedan od bitnih parametara prilikom punjenja baterije.
3. Monitoring LiIon/Poly baterije. Elektronika napojena ovim izvorima, mora da zna kada je baterija (grupa baterija) puna, prazna, koliko dugo jos moze da se koristi itd. Sve ove informacije mogu da se izvuku iz kola koja se zovu Fuel Guage, a u danasnje vreme Impedance track guage. Oba vrsta kola ima jednu zajednicku osobinu, a to je da moraju da nauce sa kojom baterijom rade i kada se zavrsi proces ucenja, kolo automatski prati kolicinu naelektrisanja koja ulazi/izlazi iz baterije. Na osnovu ovih informacija, moze tacno da se zna koliki je procenat napunjenosti baterije. Veza izmedju ovih kola i MCU-ova je uglavnom I2C. Necu ovde da ulazim u detaljnu analizu rada guage-ova.
4. Napon napajanja MCU-a. Vec si video da je napon na krajevima baterije od 4.2V - 3V. Tvoj mcu treba da radi na 3.3V. To znaci da ti treba adekvatan regulator koji je nevezano za ulazni napon da ti na izlazu daje 3.3V. Na taj nacin imas maksimalno iskoriscenje samog izvora elektricne energije. Postoji na trzistu veliki broj regulatora koji su napravljeni za ovu namenu. Uglavnom su to prekidacki izvori za napajanje koji rade kao buck/boost konvertori u zavisnosti od visine ulaznog napona.
5. Punjenje LiIon/Poly baterija. Za punjenje ove hemije baterija koriste se specijalizovana kola koja se zovu punjaci. To ne moze da bude bilo koji punjac, vec mora da bude punjac za odgovarajucu hemiju. Punjac LiIon/Poly baterije radi u dva mora rada, CC (konstantna struja) i CV (konstantan napon). Prvi rezim rada je CC, tj. baterija se puni konstantom strujom koja se podesava na samom punjacu, a sama struja punjenja zavisi od kapaciteta baterije. Ona je uglavnom C/2 (C je jedan kapacitet baterije. Npr. Ako je kapacitet baterije 1000mAh, onda se kaze da je to 1C, a struja punjenja je C/2=500mA).Pored punjenja, punjac kontinualno i meri napon na bateriji i kada se dostigne napon od 4.2V (+/-1%), punjac prelazi u rezim konstantnog napona. U ovom rezimu napon na bateriji je konstantan i iznosi 4.2V, a meri se struja. Kada struja padne ispod C/10 ili kompletno vreme punjenja bude duze od tri sata, to se usvaja kao kraj punjenja baterije i punjac iskljucuje bateriju.
Takodje postoje i punjaci koji pored glavne namene punjenja imaju i distribuciju napona na potrosacu. Ova kola ce uvek iz izvora za punjenje (adaptera) da preusmeravaju deo struje na postrosac. Baterija ce uvek dobiti onoliko struje koliko je podeseno na samom punjacu. Neki punjaci nemaju ovu funkciju i onda projektanti prave gresku na taj nacin sto napajaju uredjaj sa baterije dok se baterija puni. U zavisnosti od topologije samog punjaca, ovo moze da bude veliki problem, jer moze da se desi da punjac javi da je baterija napunjena, a ona je realno napunjena 40%, npr.
================================================================================================
Ovo sto sa ti do sada napisao je vezano za sam izvor za napajanje. Mislim da sam ti dao dosta informacija, da mozes da razmisljas o toj temi i da potrazis konkretne informacije na sajtovima proizvodjaca.
Sada cu da ti kazem par reci oko programiranja MCU-a za baterijski napajane uredjaje.
Video si iz prethodne price, da kada je izvor za napajanje baterija, onda se sve projektuje tako da imas maksimalno moguce iskoriscenje energije iz samog izvora. Ipak, vodjenje racuna samo oko izvora za napajanje nije dovoljno, vec kompletan dizajn mora da bude projektovan tako da uredjaj minimalno trosi elektricne energije.
Prvo cu da ti kazem par reci oko firmware-a. Posto je uredjaj baterijski napajan. onda MCU MORA DA IDE U SLEEP ILI DEEP SLEEP MOD, kako ne bi trosio elektricnu energiju kada ne treba. MCU mora da se probudi na odredjenu akciju, kako bi izvrsio nesto i ponovo se vraca da spava. Na ovaj nacin je postronja minimalna. U tvom primeru, kako si rekao da ne bi povezivao INt linije od expandera je najveca greska. Ti moras da povezes obe linije na mcu i to ne da ih kratkospojis, vec da ih povezes svaku na svoj INt ulaz od MCU-a. Ovaj int ulaz od MCU-a mora da bude u stanju da probudi mcu iz sleep moda (ja osde pricam samo o sleep modu. Mislim na sve modove rada: idle, sleep, deep sleep, power save itd, samo mi lakse da napisem sleep). MCU ti spava. Pritisnut je taster. Ti procitas samo onaj expander gde ti spojen taj taster, obavis sta treba od akcija i vracas se na spavanje.
Sto se hardvera tice, i WiFi modul bi mogao da kontrolises preko MCU-a, tj. da omogucis ukljucivanje/iskljucivanje napajanje samog modula preko MCU-a. Zasto bi ti modul bio stalno nakacen na mrezu, kada moze samo po potrebi na se nakaci, odradi sta treba, raskaci se i iskljucuje mu se napajanje. Na ovaj nacin imas maksimalno iskoriscenje baterije. Sve LED koje imas u sistemu, nikada ne postavljas u mod da stalno svetle, vec samo da blinkne kada treba i koliko puta.
Takodje, same tastere ne bi trebao da dovodis direktno na ulaze expandera, vec da napravis zastitu ulaza expandera u vidu RC mreza i TVS dioda na svakom ulazu. Takodje, svako integrisano kolo koje imas mora da ima odgovarajuce rasprezanje.
Takodje, kao sto je Miki rekao, moras da nacrtas detaljnu elektricnu semu, pre bilo kakvog PCB-a. Postavi je da je prokomentarisemo, ali pre toga napisi, zelim da koristim to i to itd.