Как запитать arduino nano от кроны

Содержание

Энергосбережение и сон

У вас наверняка есть настольные часы-будильник с датчиком температуры и влажности, которые работают на двух пальчиковых батарейках уже не первый год и даже не планируют разряжаться. В то же время, если подключить плату Ардуино к “паурбанку” на 10 Ампер*часов, она высосет его за две недели. Как же так вышло?! Разработать энергоэффективное автономное устройство на Ардуино или голом микроконтроллере гораздо труднее, чем питающееся от “сети”: потребление схемы складывается из большого количества факторов: как аппаратных, так и программных. В этом уроке мы постараемся рассмотреть их все. Основные моменты энергосбережения:

Правильно подобрать источник питания по напряжению.
Минимизировать и оптимизировать потребление пассивных компонентов (стабилизаторы напряжения, светодиоды индикации, делители напряжения и т.д.).
Задать оптимальный режим работы устройства и отдельных его частей: максимальное энергосбережение бОльшую часть времени работы, пробуждение по внешним событиям или таймеру, работа различных компонентов по расписанию и т.д. Например: опрос датчика и отправка данных по радио раз в минуту, всё остальное время – максимальный сон МК и отключение датчика и радио от питания.
Что касается сна самого МК – спать можно при помощи встроенных команд (например ассемблерной asm(«sleep») или sleep_mode() из avr/sleep.h), а можно использовать библиотеки. Например есть стандартная avr/sleep.h, которая идёт в комплекте со средой разработки. Из нестандартных есть весьма популярные Narcoleptic и Low-Power, имеющие гораздо бОльшие возможности по настройке сна. Мы сделали свою библиотеку для управления энергосбережением МК – GyverPower, которая включает в себя удобное управление сном и энергопотреблением МК на всех уровнях (сон, управление частотой и периферией), а также встроенный калибровщик сторожевого таймера и несколько уникальных фишек, которых нет ни в каких других библиотеках. В данном уроке я буду ссылаться именно на неё, с полной документацией можно ознакомиться здесь.
Также потребление МК сильно зависит от частоты. Можно понижать частоту между периодами активной работы (вычислений, работы с датчиками), об этом читай ниже.

Вольты, амперы, ёмкость

Начнем с базовых понятий мира электричества: Вольты и Амперы (более подробно про это читай в этом уроке). Вольты – напряжение, оно же разность потенциалов. Напряжение задаёт источник питания, например батарейка или блок питания. Амперы – сила тока в цепи, показывает с какой силой “расходуется” электрическая энергия. Ток в цепи задаёт потребитель. (Примечание: описанное выше справедливо для источника напряжения, коим является любая батарейка/аккумулятор или обычный блок питания. Источником тока может быть специальное зарядное устройство или светодиодный драйвер, от них питать предназначенную для источника напряжения схему нельзя – сразу сгорит). Потребляемую и запасаемую энергию принято считать в Ампер*часах, работает это следующим образом: допустим, ёмкость аккумулятора составляет 1 А*ч (Ампер*час). Это означает, что такой аккумулятор сможет отдавать ток с силой 1 Ампер в течение одного часа, полностью при этом разрядившись. Если ток в цепи будет 0.5 А – аккумулятора хватит на 1 А*ч / 0.5 А == 2 часа. Плата Ардуино потребляет в районе 24 мА, то есть тот же условный аккумулятор сможет питать её в течение 1000 мА*ч /24 мА

42 часов. При параллельном подключении потребителей, как это обычно бывает в схеме, ток потребления суммируется. Если добавить в “схему” из предыдущего расчёта дисплей с подсветкой, который будет потреблять условно ещё 30 мА, то такая схема проработает от того же аккумулятора 1000 мА*ч / (24+30 мА)

Потребление компонентов схемы

Если в устройстве помимо МК есть какие-то другие модули/датчики/дисплеи/микросхемы, то больший вклад в потребление энергии будут вносить именно они, потому что МК можно погрузить в сон, а их – не всегда. Логично, что для максимальной экономии энергии нужно держать все компоненты в полностью отключенном состоянии и включать только на период активной работы: датчики – на время опроса, дисплеи и подсветки – на время взаимодействия с человеком, и тому подобное.

Некоторые железки имеют очень удобный пин EN – enable, позволяющий логическим уровнем с МК полностью включать и выключать компонент, что позволяет очень просто управлять его состоянием.
Некоторые микросхемы имеют встроенный режим энергосбережения, который можно активировать из программы (например, передав нужную команду по интерфейсу связи). Информацию нужно искать в даташите или библиотеке на конкретную железку.
Если таких возможностей у железки нет – всегда можно просто разорвать ей питание при помощи транзистора или оптопары. Электромеханическое реле использовать не рекомендуется, т.к. оно само потребляет приличный ток.
Маломощные (до 20 мА) компоненты можно питать напрямую от пинов МК, что ещё больше упрощает задачу по управлению питанием. Примечание: у “Ардуиновских” AVR весьма приличный запас по току – в районе 40 мА на пин, но на таком токе напряжение просаживается и работа “железки” может стать нестабильной, поэтому не рекомендуется подключать на пин нагрузку выше 20 мА. К слову, у других процессоров (STM32, esp8266) максимальный ток с пинов на порядок ниже (2-5 мА) и что-то от них питать в принципе невозможно.
Большинство “интерфейсных” микросхем при сбросе питания будут требовать повторной инициализации. У того же например lcd дисплея после отключения и включения питания нужно вызвать метод .init() , чтобы дисплей начал реагировать на остальные команды.

Если система измеряет напряжение питания выше 5V (напряжение батареи аккумуляторов), то делитель напряжения должен быть рассчитан оптимально, чтобы не тратить ток в холостую. Об этом мы говорили в уроке про аналоговые входы.

Потребление платы Ардуино

Честно говоря, сам микроконтроллер может работать абсолютно самостоятельно просто при наличии питания, а смена режима сна или частоты будет влиять на потребление ровно так, как написано в даташите. Если в основе проекта лежит плата ардуино – начинаем загибать пальцы: светодиоды индикации, стабилизатор питания и usb-ttl преобразователь – все они потребляют ток в холостом режиме, просто потому что они сидят на общем питании. Плата Nano в активном режиме потребляет около 24 мА, а если погрузить МК в максимальный сон – в районе 5 мА. В то же время по даташиту МК в таком режиме должен потреблять в районе 1 мкА, то есть в 5000 (пять тысяч) раз больше. Эти самые 5 мА потребляют перечисленные выше компоненты на плате ардуино, поэтому для создания действительно энергоэффективного проекта нужно делать свою плату и паять на неё МК, либо брать скальпель/паяльник и убирать лишнее с платы Ардуино.

Потребление МК

Частота тактирования

Вычислительное ядро потребляет энергию всегда, когда находится в активном режиме: вычисляет ли программа арккосинус, ожидает ли окончание задержки delay() , висит ли в бесконечном пустом for(;;) – неважно. Потребление будет одинаковым во всех случаях, пока ядро тактируется. Более того, от частоты тактирования зависит напряжение, при котором МК гарантированно стабильно работает. Вот картинки из даташита на ATmega328: На самом деле всё как обычно слегка “завышено”, потому что на 16 МГц клоке Ардуино прекрасно работает начиная от 3.3V, а на 8 МГц (внутреннем) – от 1.8V (при отключенном BOD). Есть четыре уровня управления тактовой частотой:

Подключение внешнего кварца с нужной частотой (на плате Ардуино стоит 16 МГц, сам МК поддерживает вплоть до 20 МГц без разгона).
Выбор источника тактирования при помощи фьюзов: внешний (частота соответствует установленному генератору) и внутренний (8 МГц).
Изменение системной частоты прямо из программы: большинство МК avr позволяют понизить приходящую с источника тактирования частоту, а именно – поделить (реализовано в GyverPower). Таким образом можно замедлить работу всего МК для уменьшения потребления энергии или увеличения стабильности работы от пониженного напряжения. Можно выполнить необходимые действия на высокой частоте, а затем понизить её до минимума до наступления внешних событий по прерываниям или по таймеру. На некоторых МК есть PLL – умножитель частоты (например на Attiny85), позволяющий тактироваться на частоте 36 МГц от внутреннего источника! Для такого разгона придется поднять напряжение и обеспечить теплоотвод, но об этом не в этом уроке =).
Фьюз CKDIV8: системный делитель из предыдущего пункта автоматически устанавливается на 8 перед запуском МК. Это нужно для более надёжного старта при низком напряжении. Обычно используют так: МК стартует с CKDIV8 на пониженной частоте, измеряет напряжение питания, если оно достаточно высокое (аккумулятор не разряжен) частота выставляется на необходимую и работа продолжается. Иначе например можно всё вырубить и уйти в сон.

Также прилагаю картинку с графиками тока потребления МК в активном режиме (не во сне) в зависимости от частоты и напряжения питания:

Режимы энергосбережения

У микроконтроллера есть несколько режимов энергосбережения, в каждом из которых остаются в активном режиме только некоторые из аппаратных блоков (таймеры, интерфейсы, АЦП, и т.д.). Также у мк есть блок BOD, отвечающий за постоянный мониторинг напряжения и перезагрузку в случае его падения ниже настроенного порога. Во всех режимах сна остаётся активен АЦП, его нужно отключать отдельно (всё реализовано в GyverPower). Режимы энергосбережения МК (AVR):

IDLE – Легкий сон, отключается только клок CPU и Flash, пробуждается мгновенно от любых прерываний
POWERDOWN – Наиболее глубокий сон, отключается всё кроме WDT и внешних прерываний, просыпается от аппаратных (обычных + PCINT) или WDT, пробуждение за 16+6 тактов (

1.375 мкс на 16 МГц). Прерывание должно быть длиннее этого времени для успешного пробуждения!

STANDBY – Глубокий сон, идентичен POWERDOWN + system clock активен, пробуждение за 6 тактов (0.4 мкс)

POWERSAVE – Глубокий сон, идентичен POWERDOWN + timer 2 активен (+ можно проснуться от его прерываний), можно использовать для счета времени

EXTSTANDBY – Глубокий сон, идентичен POWERSAVE + system clock активен, пробуждение за 6 тактов (0.4 мкс)

Самый часто используемый на практике режим – power down, самый глубокий сон. В нём отключается всё, кроме watchdog и аппаратных прерываний (обычные external и PCINT). В данном режиме МК потребляет минимальный ток (ATmega328 – чуть меньше 1 мкА), а проснуться можно только по прерыванию Watchdog таймера или по аппаратному прерыванию (по кнопке). Очевидно, что в глубоком сне не работают таймеры и прерывания по ним, поэтому счёт времени становится отдельной задачей (в GyverPower эта задача решена максимально удобно).

Периферия

Помимо главного “ядра” у микроконтроллера есть куча периферийных блоков (АЦП, компаратор, таймеры, интерфейсы связи), которые по сути работают отдельно и могут общаться с МК на аппаратном уровне. Каждый блок потребляет некоторый ток, и при желании некоторые блоки можно отключить. В режиме глубокого сна они отключаются автоматически, а вот в активной работе нужно отключить их вручную. Большую таблицу с потреблением МК в разных режимах и с разным набором активной периферии можно посмотреть на официальной странице библиотеки Low Power, на всякий случай приложу её ниже. Управление периферией также реализовано в GyverPower.

Питание

Источник питания

Выбор источника питания очень важен для эффективного энергосбережения: максимально желательно питать МК напрямую от батарейки/аккумулятора:

Трёх-четырёх АА/ААА батареек или аккумуляторов достаточно для работы на стандартной частоте 16 МГц (с 4-мя батарейками нужно быть аккуратнее по суммарному напряжению, а 4 никелевых аккумулятора подходят идеально).
От одного литиевого аккумулятора (3.7-4.2V) можно работать на 16 МГц, но при разряде ниже 3.5V работа на такой частоте уже может быть не очень стабильной (частоту можно чуть понизить, об этом ниже).
От литиевой 3V таблетки (CR2025, CR2032 и прочие) микроконтроллер отлично будет работать на внутреннем 8 МГц клоке.
Плохим вариантом можно считать ситуации, когда приходится использовать понижающие преобразователи и стабилизаторы: они все будут тратить несколько миллиампер “в тепло”, и даже режим сна МК может оказаться абсолютно бессмысленным. Но в любой ситуации нужно считать потребление и прикидывать время работы, для каких-то задач и работа от “Кроны” через стабилизатор будет приемлемой во имя упрощения схемы и стабильных 5 Вольт (китайский транзистор-тестер, например, включается на несколько секунд, поэтому заморочек по питанию нет).
Если в устройстве используется аккумуляторная батарея, то можно схитрить: высоковольтный потребитель (мотор к примеру) может питаться от общего напряжения с батареи через драйвер, а микроконтроллер может работать от одной его “банки”, соединяясь общим проводом с минусом. Микроконтроллер, особенно в режиме сна, потребляет ничтожно мало по сравнению с тем же мотором, поэтому о разбалансировке банок можно не беспокоиться. Таким образом МК также может мониторить напряжение батареи и отключать её при разряде, выполняя роль BMS. Про измерение напряжения мы говорили в уроке про аналоговые входы.
Также напомню, что питать всякие железки напрямую от МК можно только в некоторых пределах, подробнее о них и вообще питании проекта мы говорили в уроке о питании Ардуино и схемы в целом.

Самоблокировка питания

Самый надёжный и аппаратно простой способ сэкономить энергию – самоблокировка питания. Он подходит для устройств, которые включаются тактовой кнопкой (без фиксации) и через некоторое время должны сами отключиться до следующего клика по кнопке. Самоблокировка работает следующим образом: нажатие на кнопку подаёт ток на МК, он запускается, подаёт сигнал на “ключ”, который запараллеливает линию питания. Мы отпускаем кнопку, а МК продолжает работать, потому что сам удерживает ключ, через который идёт питание. Отсюда и название: самоблокировка питания. По тайм-ауту или другому алгоритму работы МК может отпустить ключ и отключиться. Через этот же ключ могут питаться и остальные железки, и точно так же быть отключены от питания при самовыключении. Проблема в том, что МК от AVR могут питаться от любого GPIO пина (при наличии общей GND), поэтому практически все старые схемы из интернета не работают. Пока что удалось найти две схемы на форуме arduino, но лично я их не тестировал. В будущем дополню урок.

Но есть шикарный, простой и рабочий вариант: использовать стабилизатор напряжения с пином Enable, за который МК может “заблокировать” себе питание (за идею спасибо Дмитрию Карманову). Вот пример со стабилизатором me6212c33m5g на 3.3V (стоит в районе 15 руб). На схеме PWR_EN ведёт на физическую кнопку, подключенную второй ногой к питанию (батарейке), BUT_MK идёт на пин МК, который будет подавать высокий сигнал при запуске. 3V3 соответственно линия 3.3 (от неё питается сам МК и опционально что-то ещё), и BAT – батарейка.

Видео

Источник

Как запитать ардуино нано от кроны

Содержание

Питание схемы

Питание электронного компонента или Ардуино-модуля всегда состоит из двух проводов:

“Плюс”: +5V или +3.3V. Может быть подписан на плате как 5V, 3.3V, 3V3, Vin, VCC, +. Провод на схеме изображается красным цветом.
“Минус”: общий провод, 0V. Может быть подписан на плате как GND, COM, G, -. Провод на схеме изображается синим или чёрным цветом.

Несколько моментов о питании:

Нельзя превышать напряжение питания электронного компонента, иначе он сгорит. То есть провод с 5V нельзя подключать на пин, на котором написано 3V. А вот наоборот – можно: большинство модулей с питанием 5V будут работать от 3.3V. Это будет актуально при работе с платами на базе esp8266, которая работает от 3.3V.
Подключать питание нужно очень внимательно: минус соединяется с минусом, а плюс – с плюсом. Если перепутать провода – в 99% случаев модуль сгорит, защиту на них делают редко.
Даже если напряжение питания у модулей разное, выводы GND всех компонентов схемы должны быть соединены вместе, потому что сигналы “ходят” относительно нулевого провода .
В Ардуино-проекте мы чаще всего используем макетку и подключаем питание всех модулей к выводам питания платы Arduino. Если в проекте используется несколько модулей, то отверстий для проводов питания может не хватить! Именно для этого по краям макетки сделаны длинные линии контактов с подписями плюс и минус: можно подключить питание от платы к ним, и уже от них разводить на остальные компоненты. Это будет называться шиной питания :

Ток потребления схемы

Все знают закон Ома, но не все умеют им пользоваться. Применительно к источникам питания и потребителям он работает так: потребитель берёт такой ток, какой ему нужен для работы, он называется ток потребления:

500 мА во время движения
Реле:

60 мА при активации
Датчики-модули

1-10 мА
Мотор:

500 мА
Плата Arduino:

20 мА
Плата Wemos:

50 мА
Дисплеи:

При подключении в схему нескольких компонентов их ток потребления суммируется.

Источник питания в свою очередь имеет такой параметр как максимальный ток, который он может отдать без повреждений. Суммарный ток потребления компонентов схемы должен быть меньше, чем максимальный ток источника питания, иначе источнику питания будет “тяжело”. Также это означает, что можно спокойно подключать слабенький датчик хоть к 100 Амперному источнику питания, он возьмёт столько, сколько ему надо. Остальное останется “с запасом”.

Есть несколько способов питать плату Arduino и схему на её основе, у каждого есть свои плюсы, минусы и ограничения.

Питание от USB

Питание от USB – самый плохой способ питания Ардуино-проекта. Почему? По линии питания +5V от USB стоит диод, выполняющий защитную функцию: он защищает порт USB компьютера от высокого потребления тока компонентами схемы и от случайного короткого замыкания (КЗ). КЗ продолжительностью меньше секунды не успеет сильно навредить диоду и всё может обойтись, но продолжительное замыкание превращает диод в плавкий предохранитель, выпускающий облако синего дыма и спасающий порт компьютера. После этого плата перестаёт определяться компьютером и диод нужно заменить.

К китайским платам подходит диод SS14 (это 1N5819 в SMD исполнении) – ищите на AliExpress (ссылка) или магазинах электронных компонентов.

Слаботочный диод имеет ещё одну неприятную особенность: на нём падает напряжение, причем чем больше ток потребления схемы, тем сильнее. По USB нам приходит ровно 5V, после диода остаётся

4.7V. Чем это плохо:

Измерения с аналоговых пинов будут неточными.
Некоторые железки чувствительны к напряжению питания, например LCD дисплеи: при питании от 5V они яркие и чёткие, при 4.7V – уже заметно теряют яркость и контраст. Если подвигать сервоприводом или включить реле – на диоде упадет ещё большее напряжение и дисплей ощутимо мигнёт.
При более мощных нагрузках (выше 500-600 мА) микроконтроллер перезапустится, так как напряжение упадет ниже критического порога.

Питание через стабилизатор

На большинстве плат Arduino стоит линейный стабилизатор, позволяющий питать плату и схему от более высокого напряжения. Стабилизатор обеспечивает качественное питание, компенсируя помехи, пульсации и изменение входного напряжения. Рассмотрим популярные платы Arduino Nano, NodeMCU и Wemos Mini. На схемах ниже они питаются от внешнего источника, а остальные компоненты – от выхода 5 или 3.3V с платы:

На Nano и NodeMCU стоит стабилизатор AMS1117, который позволяет снимать максимум до 2А при 7V и около 500 мА при 12V входного напряжения. Напряжение подаётся на пин Vin.
На плате Wemos стоит слабый стабилизатор, причём у разных производителей разный, с максимальным напряжением от 5.5 до 7V и максимальным током до 500 мА. Лучше не экспериментировать и не подавать на него больше 5V. Напряжение подаётся на пин 5V.

Питание через стабилизатор возможно только в том случае, от платы не питаются мощные потребители тока, такие как сервоприводы, адресные светодиодные ленты, моторчики и прочее. Что можно: датчики, модули, дисплеи, реле (не более 3 одновременно в активном состоянии), одиночные светодиоды. Для проектов с мощной нагрузкой нужно использовать другое подключение.

Питание напрямую

На всех рассмотренных платах есть вывод питания, который идёт напрямую на питание микроконтроллера (сюда же приходит выход от стабилизатора). Перед скобками указано идеальное напряжение питания, в скобках – допустимый диапазон.

Таким образом Arduino Nano можно питать от блока питания на 5V вместе с остальной схемой, это очень удобно. Платы NodeMCU и Wemos – уже не очень удобно, блок питания на 3.3V найти довольно непросто. Зато отлично подходят две пальчиковых батарейки или аккумулятора.

Пример проекта с питанием напрямую (зелёная плата справа вверху – Micro USB), но на фото плата питается от бортового USB для прошивки.

Arduino Nano, пин 3V3

У Arduino Nano есть ещё один стабилизатор, выход с него – пин 3v3 с напряжением 3.3V. От этого пина можно питать модули, требующие питания 3.3V. Максимальный ток, который можно отсюда снять, зависит от стабилизатора (разные производители ставят разный), в основном это 100-200 мА, но лучше не снимать более 50 мА. На платах Nano от производителя Robotdyn стоит более мощный стабилизатор AMS1117-3.3, с которого можно снять 800 мА!

Питание “мощных” схем

Резюмируя всё написанное выше, рассмотрим варианты питания проектов с большим потреблением тока на примере Arduino Nano и напряжения 5V. Точно так же по аналогии можно работать и с 3.3V платами на базе esp8266 (NodeMCU, Wemos).

Питать мощный проект (светодиоды, двигатели, нагреватели) от 5V можно так: Arduino и потребитель питаются вместе от 5V источника питания (провода к нагрузке можно сделать толще, например если это светодиодная лента):

Пример: питание нескольких сервоприводов:

Питать мощный потребитель (выше 500 мА) от USB через плату нельзя, там стоит диод, да и дорожки питания слишком тонкие:

Что делать, если всё-таки хочется питать проект от USB, например от powerbank’а? Всё очень просто, режем кабель и подключаем:

Можно защититься от этой опасности, поставив диод на питание Arduino. Да, в этом случае питание просядет до

4.7V, но можно будет безопасно загружать прошивку:

Если есть только блок питания на 12V, то у меня плохие новости: встроенный стабилизатор на плате не вытянет больше 500 мА:

Но если мы хотим питать именно 12V нагрузку, то проблем никаких нет: сама плата Arduino потребляет около 20 мА, и спокойно будет работать от бортового стабилизатора. А нагрузку запитаем напрямую от блока питания:

Автономное питание

Бывает, что нужно обеспечить автономное питание проекта, т.е. вдали от розетки, давайте рассмотрим варианты. Также для этих целей пригодится урок по энергосбережению и режимам сна микроконтроллера.

USB:

Самый обыкновенный Powerbank, максимальный ток – 500 мА. Напряжение на пине 5V и высокий уровень GPIO в этом случае будет равен

4.7V. Внимание! У большинства Powerbank’ов питание отключается при нагрузке меньше 200 мА. Некоторые банки можно перевести в режим “слабой зарядки”, тогда они будут питать схему.

Питание в пин Vin (или штекер 5.5×2.1 на плате UNO/MEGA):

Любой блок питания/зарядник от ноута с напряжением 7.. 18 Вольт
9V батарейка “Крона” – плохой, но рабочий вариант. Ёмкость кроны крайне мала.
Сборка из трёх литиевых аккумуляторов: напряжение 12.6.. 9V в процессе разряда.
Сборка из двух литиевых аккумуляторов: напряжение 8.4.. 6V в процессе разряда.
Энергосбережение – не очень выгодный вариант, т.к. стабилизатор потребляет небольшой, но всё же ток.

Питание в пин 5V:

Для стабильных 5V на выходе – литиевый аккумулятор и повышающий до 5V модуль. У таких модулей обычно запас по току 2А, также модуль потребляет “в холостом режиме” – плохое энергосбережение.
Литиевый аккумулятор – напряжение на пине 5V и GPIO будет 4.2-3.5V, некоторые модули будут работать, некоторые – нет. Работа МК от напряжения ниже 4V не гарантируется, у меня работало в целом стабильно до 3.5V, ниже уже может повиснуть. Энергосбережение – отличное.
Пальчиковые батарейки (ААА или АА) – хороший вариант, 3 штуки дадут 4.5-3V, что граничит с риском зависнуть. 4 штуки – очень хорошо. Новые батарейки дадут 6V, что является максимальным напряжением для МК AVR и при желании можно так работать.
Пальчиковые Ni-Mh аккумуляторы – отличный вариант, смело можно ставить 4 штуки, они обеспечат нужное напряжение на всём цикле разряда (до 4V). Также имеют хороший запас по току, можно даже адресную ленту питать.
Платы с кварцем (тактовым генератором) на 8 МГц позволяют питать схему от низкого напряжения (2.5V, как мы обсуждали выше), отлично подойдут те же батарейки/аккумуляторы, также маломощные проекты можно питать от литиевой таблетки (3.2-2.5V в процессе разряда).
Максимальный выходной ток с пина 5V ограничен током источника питания.

Помехи и защита от них

Если в одной цепи питания с Ардуино и другими микросхемами стоят мощные потребители, такие как сервоприводы, адресные светодиодные ленты, модули реле и прочее, на линии питания могут возникать помехи. Они могут приводить к сильным шумам измерений с АЦП, дергать прерывания и даже менять состояния пинов, нарушая связь по различным интерфейсам связи и внося ошибки в показания датчиков. Более сильные пульсации и просадки напряжения иногда могут привести к перезагрузке контроллера или его зависанию.

Более того, помеха может прийти откуда не ждали – по воздуху, например от электродвигателя или любой другой катушки. “Большие дяди” в реальных промышленных устройствах делают очень много для защиты от помех, этому посвящены целые книги и диссертации. Мы с вами рассмотрим самое простое, что можно сделать дома на коленке.

- Питать логическую часть (Ардуино, слаботочные датчики и модули) от отдельного малошумящего блока питания 5V, то есть разделить питание логической и силовой частей, а ещё лучше питаться в пин Vin от блока питания на 7-12V, так как линейный стабилизатор даёт очень качественное напряжение.
- Поставить конденсаторы по питанию платы, максимально близко к пинам 5V/3V и GND: электролит 6.3V 100-470 uF (мкФ, ёмкость зависит от качества питания: при сильных просадках напряжения ставить ёмкость больше, при небольших помехах хватит и 10-47 мкФ) и керамический на 0.1-1 uF. Это сгладит помехи даже от сервоприводов;

У “выносных” на проводах элементах системы (кнопки, крутилки, датчики) скручивать провода в косичку, преимущественно с землёй. А ещё лучше использовать экранированные провода, экран подключать на GND схемы. Таким образом защищаемся от электромагнитных наводок;
Металлический и заземленный корпус устройства (или просто обернутый фольгой), на который заземлены все компоненты схемы – залог полного отсутствия помех и наводок по воздуху.

Ещё лучше с фильтрацией помех справится LC фильтр, состоящий из индуктивности и конденсатора. Индуктивность нужно брать с номиналом в районе 100-300 мкГн и с током насыщения больше, чем ток нагрузки после фильтра. Конденсатор – электролит с ёмкостью 100-1000 uF в зависимости опять же от тока потребления нагрузки после фильтра. Подключается вот так, чем ближе к нагрузке – тем лучше:

Подробнее о расчёте фильтров можно почитать здесь.

Главный Глупый Вопрос

У новичков в электронике, которые не знают закон Ома, очень часто возникают вопросы вида: “а каким током можно питать Ардуино“, “какой ток можно подать на Ардуино“, “не сгорит ли моя Ардуина от от блока питания 12V 10A“, “сколько Ампер можно подавать на Arduino” и прочую чушь. Запомните: вы не можете подать Амперы, вы можете подать только Вольты, а устройство возьмёт столько Ампер, сколько ему нужно. В случае с Arduino – голая плата возьмёт 20-22 мА, хоть от пина 5V, хоть от Vin. Ток, который указан на блоке питания, это максимальный ток, который БП может отдать без повреждения/перегрева/просадки напряжения. Беспокоиться стоит не об Arduino, а об остальном железе, которое стоит в схеме и питается от блока питания, а также о самом блоке питания, который может не вывезти вашу нагрузку (мотор, светодиоды, обогреватель). Общий ток потребления компонентов не должен превышать возможностей источника питания, вот в чём дело. А будь блок питания хоть на 200 Ампер – компоненты возьмут ровно столько, сколько им нужно, и у вас останется “запас по току” для подключения других (примечание: некоторые мощные, но “умные” блоки питания не будут питать слабую Arduino, т.к. она потребляет слишком маленький ток). Если устройство питается напряжением, то запомните про максимальный ток источника питания очень простую мысль: кашу маслом не испортишь.

Источник