Prezentare generală

Alimentarea cu energie electrică este o referință la sursa de energie electrică. Majoritatea circuitelor electronice necesită o sursă de curent continuu. Șansele sunt că aveți deja unul acasă și îl puteți folosi pentru proiecte de calcul fizic.

Cele mai frecvente tensiuni de funcționare pentru microcontrolere și procesoare digitale sunt 5V și 3,3V. Puteți găsi surse de alimentare în multe tensiuni, dar 5V și 12V sunt frecvente. Pentru a converti 12V la 5V sau 3,3V, ar trebui să aveți un regulator de tensiune. Laboratorul Breadboard prezintă modul de configurare.

Există multe tipuri diferite de surse de alimentare de curent continuu, dar acesta prezentat în Figura 1 este cel mai frecvent utilizat la ITP:

- Faceți clic pe orice imagine pentru o vizualizare mai mare

calcul
Figura 1. Sursa de alimentare DC

Figura 2. Eticheta nominală de alimentare DC. Aceasta este partea din spate a alimentării din Figura 1.

Majoritatea surselor de alimentare au o etichetă de evaluare care arată ca cea din Figura 2. Asigurați-vă că cunoașteți polaritatea ștecherului, astfel încât să nu inversați polaritatea circuitului și să vă deteriorați componentele. Diagrama din Figura 3 și Figura 4 care arată polaritatea pozitivă a vârfului este pe stânga și polaritatea negativă a vârfului este pe dreapta. Desenul central pozitiv din stânga indică faptul că centrul (vârful) mufei de ieșire este pozitiv (+) și țeava mufei de ieșire este negativă (-).

Figura 3. Simbol pentru o sursă de alimentare pozitivă la centru.

Figura 4. Simbol pentru o sursă de alimentare negativă la centru.

Abrevieri

V: Volți
A: Amperi
W: Watts
mA: miliAmperes
VA: Amperi de Volt
VAC: Volți AC
VDC: Volți DC
DC: Curent continuu
AC: Curent alternativ

Testarea sursei de alimentare

Este întotdeauna o bună practică să testați o sursă de alimentare înainte de a o utiliza pentru prima dată. Exemplul de mai jos va arăta cum să testați o sursă de alimentare cu polaritate pozitivă. Dacă aveți o sursă de alimentare cu polaritate negativă, atunci veți obține o citire negativă. Apoi ar trebui să comutați poziția sondelor multimetrice.

Figura 5. Sonda roșie intră în vârf
Sonda neagră atinge butoiul

  1. Conectați sursa de alimentare la o priză de curent alternativ.
  2. Sonda roșie intră în vârf
    Sonda neagră atinge butoiul așa cum se arată în Figura 5.
  3. Porniți multimetrul și setați-l să citească tensiunea DC.
  4. Scoateți sonda roșie (pozitivă) din multimetru și lipiți-o în capătul prizei de alimentare.
  5. Scoateți sonda neagră (negativă) din multimetru și atingeți-o cu grijă de țeava ștecherului fără a atinge vârful sau sonda roșie. Dacă faceți o conexiune, veți crea un scurtcircuit.
  6. Pe multimetru ar trebui să vedeți o citire a tensiunii provenite de la sursa de alimentare. Dacă verificați o sursă de alimentare de 12V și multimetrul dvs. afișează „12,56V”, totul este în regulă și dandy, așa cum se arată în Figura 6. Dacă primiți o citire a „-12,56V”, atunci sondele dvs. sunt atașate în sens invers. Dacă se întâmplă acest lucru și sunteți sigur că v-ați conectat sondele corect, verificați de două ori polaritatea de pe eticheta sursei de alimentare și asigurați-vă că circuitul pe care îl veți alimenta cu această unitate este conceput pentru a gestiona această polaritate.
Figura 6. Multimetru care afișează tensiunea DC de ieșire

Dacă tensiunea afișată pe multimetrul dvs. este mai mare de jumătate de volt sau un volt în afara valorii sale, atunci cel mai probabil aveți ceea ce se numește nereglementat alimentare electrică. Sursa de alimentare Jameco de 12V pe care am folosit-o în acest exemplu este una reglementată, de aceea tensiunea pe care am primit-o a fost atât de aproape de tensiunea pentru care a fost evaluată.

Alimentarea unui proiect Arduino de la un încărcător de telefon mobil

Mulți oameni au încărcătoare vechi de telefoane mobile prin casă și se întreabă: „Pot folosi acest lucru pentru alimentarea unui proiect Arduino?” În general, puteți. Pur și simplu obțineți un cablu USB cu conectorii corespunzători pentru a conecta încărcătorul telefonului la Arduino. Cele mai multe încărcătoare de telefon produc 5V și câteva sute de miliamperi, ceea ce va alimenta un Arduino, unii senzori și unele LED-uri.

Corelarea unei surse de alimentare cu un dispozitiv electronic

Pentru a determina dacă o sursă de alimentare este potrivită pentru proiectul dvs., trebuie să rețineți tensiunile la care funcționează fiecare componentă și curentul pe care îl consumă și asigurați-vă că sursa dvs. de alimentare poate furniza cantitatea corectă de energie.

Iată câteva exemple:

Arduino, Butoane, Potențiometre, LED-uri, Difuzor

Imaginați-vă că faceți un proiect care include un Arduino, câteva LED-uri, niște butoane, niște potențiometre sau alte rezistențe variabile și poate un difuzor. Laboratorul de intrare și ieșire digitală și laboratorul de intrare analogică și laboratoarele de ieșire a tonului descriu toate proiectele care îndeplinesc această descriere. Toate componentele, altele decât Arduino, din acest proiect sunt alimentate de la ieșirea de tensiune Arduino. Nici una dintre componentele externe nu consumă mai mult de câteva miliamperi fiecare. Întregul circuit, inclusiv Arduino, va consuma probabil mai puțin de 200 miliamperi de curent. Iată o defalcare, măsurată cu ajutorul unui LED și a unui potențiometru:

  • Arduino Uno, fără componente externe: 0,04A (40 mA)
  • Arduino Nano 33 IoT, fără componente externe: 0,01A (10 mA)
  • LED: 4 mA
  • potențiometru conectat ca intrare analogică: 0,29 mA
  • Difuzor de 8 ohmi, redând un ton pe pinul de ieșire: 0,5 mA

Un încărcător de telefon, care furnizează 5 volți și aproximativ 500 de miliamperi la Arduino, ar face treaba bine. Arduino Uno funcționează pe 5 volți, iar Arduino Nano 33 IoT, care funcționează la 3,3 volți, are un regulator de tensiune încorporat care va converti 5V la 3,3V.

Dacă ați avea o sursă de 12 volți ca cea de mai sus, ați putea să o utilizați și pentru aceste proiecte. Arduino Uno are o priză de tensiune care se potrivește cu acesta și poate dura până la 15V. Un regulator integrat convertește tensiunea de intrare mai mare la 5V. Nano 33 IoT are un regulator de bord care poate accepta până la 20V în pinul său Vin (pinul fizic 15), deci dacă ați conectat o mufă de curent continuu și ați conectat pământul sursei de 12 volți la masa Arduino și la conexiune pozitivă a sursei de 12 volți la pinul Arduino, proiectul dvs. ar funcționa.

Arduino, Servomotor

Dacă controlați un servomotor RD de la un Arduino așa cum se arată în laboratorul Servomotor, trebuie să luați în considerare curentul un pic mai mult. Un servo precum Hitec HS-311, care este popular în proiectele de calcul fizic, funcționează la 4,8 - 6,0V, deci poate obține suficientă tensiune de la ieșirea de tensiune a unui Arduino. Când este inactiv, consumă aproximativ 160 mA fără încărcare. Cu toate acestea, poate consuma până la 3-400 mA cu o sarcină grea. Este înțelept să vă planificați proiectul pentru consumul de curent maxim al fiecărei componente, astfel încât un singur servo și Arduino ar putea consuma până la 440 - 450 miliamperi la 5 volți. Aceasta este aproape limita a ceea ce poate furniza un computer laptop prin USB și este și limita unor încărcătoare de telefon mai mici. Dacă controlați mai multe servo, nu ați avea suficient curent.

  • Arduino Uno, fără componente externe: 0,04A (40 mA)
  • Arduino Nano 33 IoT, fără componente externe: 0,01A (10 mA)
  • HS-311, sarcină grea: 400 mA

Arduino, Motor DC sau Lights

Când începeți să alimentați motoare de curent continuu mai mari, lumini de curent continuu sau alte sarcini de curent mare, trebuie să calculați tensiunea și curentul înainte de a selecta o sursă de alimentare. În general, lucrați din componenta care are cel mai mare consum și lucrați de acolo.

De exemplu, controlul unui bec cu LED-uri ca acesta ar necesita o sursă de alimentare de 12V DC pentru bec. IT consumă 11 wați de putere și wați = volți * amperi, deci consumă aproximativ 917 miliamperi de curent la 12 volți. Tranzistorul și Arduino care ar putea să-l controleze ar putea fi alimentate prin aceeași sursă de alimentare de 12 volți și ar consuma aceleași cantități ca în exemplele de mai sus.

Proiectele cu motor și proiectele cu LED-uri adresabile consumă adesea cea mai mare energie electrică și sunt cele mai complexe de alimentare. Un LED tipic adresabil, cum ar fi un WS2812, aka LED NeoPixel, consumă între 60 și 80 mA de curent la 5 volți. Când aveți un șir de 60 dintre ei, aceasta înseamnă 3,6 amperi de curent! Acestea cu siguranță nu pot fi alimentate de la o sursă tipică de perete DC. Când atingeți acel nivel de complexitate cu un proiect, consultați fișele tehnice ale componentelor sau instructorii pentru mai multe îndrumări. Videoclipurile despre electricitate, curent și energie sunt utile și pe acest subiect.