Будет ли 7805 5 В регулятор разряжать 9 В батарею?


9

Занимаясь своими делами в качестве хобби, я делаю маленький радиодатчик температуры и влажности.

ATmega328 читает из DHT11 датчика , а затем передает данные к Raspberry Pi с помощью передатчика STX882 радио . Он питается от батареи 9 В с использованием регулятора 7805 5 В с емкостью 10 мкФ и 100 мкФ.

Код C на ATmega считывает влажность и температуру, а затем отправляет их каждые 30 минут:

const unsigned long DELAY = 30*60*1000UL;    // 30 minutes
void loop() {
    delay(DELAY);
    send_data(); // Maybe a little overcomplicated, but I think it is not the point
}

Это работало как шарм, но время автономной работы было неожиданно коротким. Это было совершенно новое, и я сделал несколько спорадических тестов с короткой задержкой, без какой-либо аномальной жары, идущей откуда-либо.

Когда я был удовлетворен, я установил 30-минутную задержку и оставил ее в покое (что может быть немного опасно?), Но менее чем через 24 часа батарея разрядилась на 5,4 В. Хотя 30-минутная задержка была приблизительно соблюдена для его продолжительности жизни.

Чем можно объяснить такое короткое время автономной работы? Может ли это быть регулятор 5 В? Как я мог построить длительную цепь?

PS: Я до сих пор пытаюсь разбить какую-то диаграмму, но для таких нубов, как я, требуется время ...

Я использовал щелочную 9-вольтовую 9-вольтовую батарею марки 631p3146, которая, по- видимому, обеспечивала 300-500 мАч при токе 100 мА, что намного больше, чем моя схема.

Вот вся информация, которую я мог собрать из таблицы:

+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
|                 | DHT11       | STX882   | ATmega328 | 7805reg |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Voltage         | 3-5.5 V     | 1.2-6 V  | 2.7-5.5 V |         |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Active current  | 0.5-2.5 mA  | 34 mA    | 1.5 mA    |         |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
| Standby current | 0.1-0.15 mA | <0.01 µA | 1 µA      | 4-8 mA* |
+-----------------+-------------+----------+-----------+---------+
*"bias current"

Если я правильно понимаю, моя система активна в течение нескольких секунд каждые 30 минут, поэтому ток в режиме ожидания - это все, что должно иметь значение, и он действительно управляется регулятором 7805.

Так что да, в худшем случае, с 300 мАч, я смогу поддерживать систему в течение всего лишь 40 часов.

Есть ли способ, которым я мог бы питать свою систему 5 В гораздо дольше без гораздо большего размера?

Напомним, что вот очень хорошее видео о регуляторах LM и преобразователях с понижением: преобразователь Бака против линейного стабилизатора напряжения - практическое сравнение


3
Я предлагаю использовать библиотеку LowPower или аналогичную, чтобы перевести ATmega в режим сна между измерениями.
calc3000

2
Насколько коротка коротка?
Скотт Сейдман

1
@Jasen Согласно этой ссылке , 78L05 имеет ток смещения 3 мА , который ниже, но далеко не достаточный, чтобы исправить мою проблему.
Дэн Чалтиэль

4
LP2950 <140 мкА. MCP1703 - это 2 мкА. «Вот вся информация, которую я мог собрать из таблицы:» - не полагайтесь на таблицы, измерьте токи в режиме ожидания.
Брюс Эбботт

4
Вы абсолютно женаты на батарее 9v? Почему?
Харпер - Восстановить Монику

Ответы:


26

Чем можно объяснить такое короткое время автономной работы? Может ли это быть регулятор 5v?

Как уже упоминалось, 7805 имеет около 4 мА тока покоя. Вам нужно найти паспорт батареи (у Eveready есть отличные паспорта батареи, если вы используете щелочной элемент). Вероятно, это не более 100 мАч - 100 мАч / 4 мА = 25 часов, так что это должно кое-что сказать вам.

Как я мог построить длительную цепь?

7805 - это старая технология. Есть лучшие новые линейные регуляторы. Вы должны быть в состоянии легко найти то, что потребляет в 10 раз меньше тока покоя, а при копании еще меньше.

Чтобы использовать еще меньше энергии, вы бы использовали понижающий преобразователь, специально разработанный для низкого тока покоя, но я понимаю, что вы не готовы спроектировать его в плату на уровне компонентов. Там может быть модуль, который будет делать эту работу, но вам нужно будет присмотреться к нему. У TI есть несколько модулей понижающего преобразования, но вы захотите уделить много внимания их возможностям, как для максимальной подачи тока, так и для тока покоя.

Чтобы использовать меньше энергии, сделайте все возможное, чтобы минимизировать потребление тока вашей цепью, когда она находится в состоянии покоя. Это потребует осторожного использования функции сна микропроцессора, а также управления питанием платы (например, если она включается только раз в 30 минут, вам может потребоваться отключить питание радио и показания влажности части схемы).

Измерьте потребление тока во всех режимах работы и используйте его, чтобы определить, какие режимы являются наиболее серьезными нарушителями, затем сконцентрируйтесь на минимизации токов в этих режимах, если это возможно.


2
Вещи сидят безмолвно в течение 30 минут, затем проводят измерения и отправляют их, затем возвращаются ко сну. Таким образом, ток покоя нельзя игнорировать.
Тим Уэскотт

3
Я имел в виду: в режиме ожидания 7805 будет по-прежнему загружаться, поэтому он потребляет не только собственный ток покоя, но и некий ток нагрузки неэффективным образом.
Huisman

6
Я погуглил о конвертерах доллара и думаю, что действительно не готов к этому! Я думаю, что я собираюсь попробовать с LM2936 (15 мкА тока покоя), вам это нравится ? Поворот тока других компонентов при работе на холостом ходу тоже очень интересен, я посмотрю, достаточно ли это просто реализовать.
Дан Чалтиэль

2
@DanChaltiel Вы можете приобрести понижающие преобразователи, продаваемые как «линейные замены регулятора», которые содержат все предварительно изготовленные для вас схемы, включая индуктор, и используются точно так же, как и линейный регулятор. Они не такие гибкие, как ваши собственные, но очень удобные мелочи, когда вы не знакомы с процессом проектирования или просто не можете быть обеспокоены.
Очаг

4
@ Майкл, всегда хорошо сделать быстрый поиск в Интернете, прежде чем сказать что-то определенное в эти постоянно меняющиеся времена. Самым первым попаданием, которое я получил при поиске «понижающего тока пониженного тока покоя», было то, которое имеет ток покоя 360 нА . И преобразование 9 В в 5 В с помощью линейного регулятора по определению эффективнее на 55%, а на 90% эффективнее.
Тим Уэскотт

12

Все эти части могут работать от 3 до 5 В, поэтому используйте батарею, для которой не требуется регулятор, литий-ионный элемент 16500 или аккумулятор 3xAAA, примерно того же размера, что и 9 В, и создают напряжения в этом диапазоне. (или даже Li-Po)

Без регулятора микроконтроллер может отключиться, и для схемы потребуется всего несколько микроампер.


2
Или три ячейки «D» и меняйте их один раз в сезон ... Ячейки D - это сладость для прочности против стоимости ...
Харпер - Восстановите Монику

1
@Harper: или 3x NiMH аккумуляторы типа АА. Вы должны купить их только один раз, и современные ячейки с низким уровнем саморазряда широко доступны. +1 к этому ответу: 9 В хорошо для детектора дыма, который на самом деле хочет напряжение, и возможности импульсной мощности, но плохо, если вам нужно отрегулировать его.
Питер Кордес

2
Осторожно используйте липо, убедитесь, что у вас есть защищенный элемент или встроенная защита от переразряда. По крайней мере, если вы захотите когда-нибудь снова его перезарядить. Опять же, если нагрузка вашей цепи отключается из-за пониженного напряжения, вам может быть хорошо без него.
Очаг

11

Ток холостого хода регулятора 7805 составляет около 4 мА, поэтому, имея емкость аккумулятора в ампер-часах, определите, как долго он будет работать при непрерывном разряде 4 мА.

Если вы обнаружите, что это проблема, вы обнаружите, что существует множество регуляторов, имеющих значительно меньший ток покоя.

Как только батарея опустится примерно до 7 вольт, вы окажетесь на скользком наклонном склоне, потому что для регулятора 7805 требуется запас напряжения в пару вольт для правильного регулирования, и я бы оценил (быстрое предположение), что при напряжении около 6,5 вольт цепь выйдет из строя.

Учитывая то, что я только что упомянул, я полагаю, что только 50% от заявленной емкости аккумулятора можно использовать до того, как цепь сдается. Имейте это в виду.


10

Я использую аналогичные сенсорные узлы с гораздо лучшими результатами. Моя настройка имеет несколько отличий от вашей:

  • Я использую микроконтроллер напрямую (без регулятора) от перезаряжаемых 1S LiPo батарей (номиналом 3,7 В), которые изначально продавались (очень дешево и с соответствующим зарядным устройством USB) для мини-дронов. Весь диапазон напряжения (4,3 В - 3,5 В) приемлем для микроконтроллера. 1
  • Я питаю периферийные устройства (датчик и передатчик в вашем случае) от контакта порта, который я могу включить перед измерением и затем выключить. (Я использую BME280 вместо DHT11, но энергопотребление не должно быть проблемой.)
  • После передачи измерения и выключения периферийных устройств я отправляю микроконтроллер в глубокий сон . 2

1 Я успешно использую ESP8266, хотя, конечно, я бы никогда не порекомендовал это, поскольку их документированный абсолютный максимальный Vcc составляет 3,6 VI.
2 Для моего ESP8266 пробуждение из глубокого сна - это перезагрузка, поэтому код начнет работать вверху setup(), но с вашим ATmega328 это не проблема.


Не могли бы вы дать мне ссылку на вашу батарею? Питание всего датчика с помощью порта порта - отличная идея! (Я думаю, это будет слишком большой ток для микроконтроллера). Спасибо за ссылку DeepSleep тоже, это очень поможет.
Дан Чалтиэль

1
@DanChaltiel Просто поищите в своей локальной торговой платформе «1S LiPo», и вы должны найти что-то вроде этого (4 x 1200 мАч) или это (10000 мАч).
AndreKR

@DanChaltiel В тех паспортах, которые вы связали, говорится, что для датчика требуется 2,5 мА, для датчика - 34 мА, а для микроконтроллера - 40, поэтому никаких проблем нет. (И обычно они могут справиться еще больше за короткие промежутки времени.)
AndreKR

Вы рассматривали возможность подключения диода или чего-то еще вместе с вашими батареями для снижения доли вольт? Или ток настолько низкий, что даже диод не сильно падает?
Питер Кордес

2
Одна вещь, кроме тока, которую следует учитывать при питании периферийных устройств (датчиков и т. Д.) С помощью выводов ввода / вывода: убедитесь, что на периферийное устройство непреднамеренно не подается питание через шинные интерфейсные линии и т. Д. У нас были проблемы, когда датчик I²C все еще получал ток от напряжения I²C резисторы.
Майкл

4

Очень похоже на то, «почему у моей солнечной / аккумуляторной / инверторной системы такой маленький диапазон?» > Потому что инвертор все время раскручивается. Используйте различные нагрузки, которые работают от прямого аккумулятора и устраняют ненужное преобразование напряжения .

Вы выполнили проектирование 101, вы собрали кусочки вместе, и они работают. Инжиниринг 202 заставляет их работать достаточно эффективно, чтобы быть полезными.


Как и выше, барахло инвертировано - я имею в виду регулятор. Выберите батареи, которые могут работать прямо, например, три батареи 1,5 В при 4,5 Вольт. (Двух будет недостаточно, так как они упадут ниже 3 В слишком рано; или, может быть, попробуйте!)

Также подумайте о батареях большего размера - 9В - это глупо-маленькая емкость, особенно когда выбрасываете 2/3 емкости! (Электронике нужно 3 В, вы берете 9 В, а остальное выбрасываете в виде тепла). Подумайте о большем - клетки D - ваш друг, если вы хотите долголетия.

У оленей камер обычно есть два полных банка D-клеток, вы можете использовать один или оба, и может работать целый сезон.

Кроме того, потребление тока сна ATMega очень впечатляет, но STX882 и датчик, не так много. Посмотрите, сможете ли вы найти способ, чтобы ATMega физически отключал питание других устройств, когда в этом нет необходимости. Самый дешевый и скучный способ сделать это - это маленькое реле, но силовой транзистор тоже должен сработать.


Последний трюк Это может не стоить делать в зависимости от того, какой рабочий цикл включена система, но стоит упомянуть. В последние годы процессоры выросли с 5 до 3,3 В. Почему? Потому что они действуют на ток; напряжение выше минимума не помогает в работе и просто рассеивает больше тепла. По мере того как процессоры становились все более мощными, тепловые проблемы стали ограничивающим фактором, поэтому падение напряжения до минимума позволило запустить кулер и повысить производительность на том же радиаторе. То же относится и к вашей электронике.

Вы стремитесь работать при 5 В, верхней стороне допустимого диапазона напряжения. Мое предложение 3xAA ставит вас на 4,5 В, но вы можете выбрать другой вариант батареи, который будет еще ниже: например, литиевые батареи или три NiCd / NiMH (3,6 В). NiMH обладает большей емкостью, но NiCD обладает поразительной стойкостью к злоупотреблениям и глубоким разрядам.


Вы абсолютно правы, я направляюсь в 202, и ваш ответ очень поучителен в этом смысле. Я всегда думал, что рекомендуемое напряжение составляет 5 В, а возможность работать при 3 В значительно упростит ситуацию. Просто так, почему «ток в спящем режиме ATMega очень впечатляет, но STX882 не так много», когда он в 100 раз ниже?
Дэн Чалтиэль


В последние годы процессоры пошли от 5V до 3.3V . Это было несколько лет назад: P В наши дни процессоры программируют регуляторы напряжения на mobo для работы на минимально возможном напряжении, возможном для текущей частоты, едва превышающем запрещенную зону. Шкала мощности с V ^ 2 для логики CMOS (накачка заряда в емкостные нагрузки на затвор). Например, мой рабочий стол работает на процессоре i7-6700 Skylake с напряжением около 1,25 В в зависимости от скорости турбо и частоты холостого хода.
Питер Кордес

На IDF2015 была хорошая беседа об управлении питанием Skylake, которое вошло в ряд компромиссов современного управления питанием центрального процессора (настольный компьютер / ноутбук, а не микроконтроллер). en.wikichip.org/w/images/8/83/… . Раньше для этих слайдов использовался звук (от архитектора Intel), но он, похоже, исчез :( Возможно, все же стоит пролистать слайды, если вам интересно что-то подобное.
Питер Кордес,

В любом случае, поскольку процессорам требуется программируемая величина напряжения, изменяемая нагрузкой, но при высоком токе, мобос питает постоянное напряжение процессора от источника питания +12 В. Большая часть текущего спроса на современные блоки питания ПК приходится на линию 12 В, при этом ЦП и ГП имеют свои собственные преобразователи постоянного тока. (Современная DRAM работает с напряжением 1,2 В для DDR4, по сравнению с 1,35 В для DDR3L.) Таким образом, снова подается питание от преобразователя постоянного тока, расположенного рядом с DRAM. Или когда вы говорили о процессорах, вы просто говорили о микроконтроллерах, подобных тому, который использует OP? Если так, извините за касательную. : P
Питер Кордес

3

Вместо этого используйте повышающий конвертер

Так я делаю похожие проекты. Я использую 3xAA, который дает мне 2.5V-4.8V, это в пределах рабочего диапазона Atmega, я подключаю его к повышающему преобразователю с выводом отключения, когда отключенный преобразователь потребляет почти ничего и пропускает напряжение через. Когда Atmega просыпается и ему необходимо выполнить измерение, он включает преобразователь, находит 5 В на VCC, выполняет измерения и передачу, отключает преобразователь, снова переходит в спящий режим. Это длится годами.


2

Согласно вашим числам, вы получаете ожидаемое поведение между вашим датчиком, вашим микроконтроллером и вашим регулятором (8ma). Если вы хотите лучше, спите контроллер, выключите датчик и получите более подходящий регулятор.


2
  1. Измерьте фактический ток утечки в состоянии ожидания и в активном состоянии. Используйте амперметр между батареей и входом 7805. Типичная новая батарея на 9 В имеет более 300 мАч, и сам по себе ток покоя 7805 не может действительно потреблять все это - что-то подозрительное! Я измерял много батарей на 9 В, и они типично 500-600 мАч. Предостережение заключается в том, что все они являются щелочными, и если вы заинтересованы в том, чтобы получить максимальный срок службы, вам, конечно, нужно использовать щелочные батареи.

  2. Есть ли реальная причина для использования одноразовых батарей 9 В в вашем приложении? Вы рассматривали что-то вроде 3х или 4х АА?


Я искренне думал, что батарея на 9 В прослужит дольше. Я был явно неправ.
Дэн Чалтиэль

Нет ли в предложении ошибки (дважды щелочной)? «Предостережение заключается в том, что все они являются щелочными, и если вы заинтересованы в том, чтобы получить максимальный срок службы, вам, конечно, нужно использовать щелочные батареи».
Дан Чалтиэль

1
Это сбивает с толку, извините. Я имел в виду, что мои измерения только щелочные, что вы должны использовать, если вы хотите продлить жизнь. Возможно, ваша батарея была из углерод-цинка, что отчасти может объяснить ее быструю смерть, но я думаю, что вы должны сначала проверить, каково фактическое потребление.
Anrieff

1

Из delayи loopфункций выглядит , как вы используете Arduino код. delayФункция является активным цикл, он не будет ставить микроконтроллер спать! Arduino API не поддерживает спящий режим.

Прочитайте ATmega328P техническое описание и посмотреть страницу 34 для того, как перевести устройство в спящий режим.


Как насчет deepsleep?
Дан Чалтиэль

1
@ dan-chaltiel Это только для микроконтроллеров SAMD21, таких как MKRZero, MKR1000 и MKRFox1200. ( arduino.cc/en/Reference/ArduinoLowPower )
paf.goncalves

1

ВАЖНО: Если вы можете выключить датчик влажности DHT11 между использованиями, вы МОЖЕТЕ продлить срок службы батареи в 3 или 4 раза.

DHT11 имеет ток покоя 100-150 мкА в режиме ожидания. Вы должны разработать в худшем случае значение.
При включении питания требуется 1 секунда, чтобы «очистить голову» (примечание 4. стр. 5),
а затем наступает время настройки интерфейса (возможно, несколько десятков мс).
Из таблицы данных не очевидно, влияет ли время отклика на отключение питания, но, вероятно, нет.

В зависимости от времени между активациями выключение DHT11 может снизить ток покоя системы с примерно 200 мкА до примерно 50 мкА.
Стоит посмотреть.


Регулятор LM2936:

LM2936 , что вы упоминаете является превосходным регулятором , если он соответствует вашим требованиям. Низкое падение напряжения, низкий ток покоя, диапазон доступных выходных напряжений.

Я использовал их давно в продукте, который нуждался в их низком Iq, и был очень доволен ими. Хммм - это было около 1993 года - 25+ лет - старенький, но хороший.

Iout max составляет 50 мА, что соответствует вашим потребностям в таблицах.
Iq составляет 10 мкА при нагрузке 100 мкА и меньше при значительно меньшей нагрузке.
Vin составляет 5,5 - 40 В и фактически, вероятно, ближе к Vout. Вы можете получить 5V и 3V3 версии.

Ток нагрузки в режиме ожидания составляет менее 200 мкА.
При 200 мкА вы получите 100 / .2 = 500 часов в режиме сна на 100 мАч батареи.
Так около 20 дней на 100 мАч.
Так, скажем, 60 дней или два месяца с щелочной батареей "9 В" 300 - 500 мАч, ошибочной на консервативной стороне. Используйте 6 х 1,5 В щелочных батарей типа АА (около 3000 мАч), и вы должны приблизиться к 2 годам.


Непосредственная работа от 3 х АА щелочей дает Vin от 5 В начального (до 1,65 В / элемент) и 3,3 В при 1,1 В / элемент (примерно мертвый). Так что примерно 6 щелочных батарей AA с постоянным выходным напряжением. Если вы можете выдержать вход 3,3 - 5 В, просто используйте 3 щелочные батареи. АА почти 2 года эксплуатации. Ааа за меньшее.

Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.