Многие из тех, кто делает на ESP8266 различные вещицы, в какой-то момент подумали, что было бы здорово взять эту штуковину, положить ее в карман и пойти с ней на прогулку.
ESP8266 настолько мал, что просто необходим.
И тут на нашем пути встречается небольшое препятствие – одного программирования недостаточно, придется взять в руки паяльник, но все не так страшно, и я надеюсь, что эта статья вам поможет. В даташите на ESP8266 указано напряжение питания от 3,0 до 3,6 вольт, что в принципе позволяет питать ESP8266 напрямую от двух батареек АА или одной литиевой батареи 1S. Если стабильность и четкость поведения устройства при перепадах напряжения нам не очень важны, или мы не против литиевой батареи, то можно обойтись и этим, иначе мы сталкиваемся с рядом вопросов.
Преобразование напряжения
В большинстве случаев напряжение аккумулятора будет выше необходимых нам 3,3В, и оно будет заметно меняться по мере разряда аккумулятора, поэтому нам необходимо его понизить и стабилизировать.Первое, что нам нужно решить, хотим ли мы питать остальную часть схемы от стабилизированного напряжения или напрямую от аккумулятора.
От этого зависит необходимый ток, выдаваемый стабилизатором напряжения.
Самому ESP8266 нужно максимум 200 мА, прибавив еще немного к заряду конденсатора и другим непредвиденным расходам, можно предположить, что это 300. Датчики часто любят стабильное напряжение, и мощные актуаторы часто лучше запитывать напрямую от источника питания.
аккумулятор.
Далее необходимо определиться с типом регулятора, есть два варианта, каждый со своими преимуществами и недостатками – линейный регулятор, или импульсный регулятор.
Линейный регулятор напряжения
Линейный регулятор по сути представляет собой управляемый резистор, на котором все «лишнее» напряжение падает и рассеивается в виде тепла.Преимущества линейного регулятора:
- Крайне просто — обычно это микросхема с 3 выводами и двумя конденсаторами.
Испортить практически невозможно.
- Дешево – от 6 рублей за чип.
- Отсутствие высокочастотного шума в выходном напряжении.
Это может быть полезно, например, если какой-то чувствительный датчик питается от того же напряжения.
Рис.
1. Типовая схема подключения линейного регулятора типа 1117. На что следует обратить внимание:
- Падение напряжения на регуляторе.
Если падение напряжения на стабилизаторе составляет 1,2 В (типичное значение для регуляторов типа 1117), это означает, что для поддержания напряжения 3,3 В на выходе нам необходимо иметь на аккумуляторе напряжение не менее 4,5 В, а это значит, что при мечту о питании от трёх батареек АА нам придётся разбить.
Чем ниже это падение напряжения, тем лучше.
- Максимальное напряжение конденсатора.
Для конденсатора на выходе стабилизатора достаточно 6 В, а вот на входе запас в +50% от максимального напряжения батареи никогда не помешает.
- Максимальный ток редко является проблемой, поскольку даже простой регулятор обычно без проблем обеспечивает ток до 1 А.
- Максимальное входное напряжение.
Типичное значение для регуляторов типа 1117 — 15 В, если у вас аккумулятор более высокого напряжения (например LiPo 4S) — обратите внимание.
Эта разница бесполезно рассеивается регулятором в виде тепла.
Если устройство питается от трех батареек типа АА (4,5 В), то примерно 27% энергии будет потрачено впустую.
Если напряжение аккумулятора 12 В, то 73% будет потрачено впустую.
Импульсный регулятор
Импульсные стабилизаторы обычно имеют более высокий КПД, мало зависящий от разницы напряжений между входом и выходом.За это приходится платить усложнением схемы, а также определенными требованиями к разводке печатной платы.
Поскольку в регуляторе используется сравнительно высокая частота (обычно от десятков килогерц до нескольких мегагерц), схема становится чувствительной к паразитным индуктивностям и емкостям, поэтому правильного подключения элементов недостаточно; взаимное расположение самих элементов и проводников между ними также может критически влиять на производительность.
В моей практике был случай, когда из-за неудачной разводки проводников на плате регулятор начинал работать только при поднесении к нему пальца - то есть при внесении дополнительной паразитной емкости.
Это также может быть не лучшим выбором, если ваша схема чувствительна к высокочастотным помехам — например, рядом на печатной плате расположен чувствительный датчик.
Рис.
2. Типовая схема подключения LM2736 производства Texas Instruments, цена примерно 80 рублей.
На что следует обратить внимание (гораздо больше пунктов, чем у линейного регулятора!):
- Импульсные преобразователи бывают разных разновидностей, поэтому будьте готовы потратить много времени на выбор подходящего.
- Необходимая «обвязка» преобразователя.
Количество и номиналы используемых деталей могут существенно влиять на габариты, стоимость и сложность.
- Компоновка платы.
В даташите почти всегда будут либо устные рекомендации, либо даже картинка с эталонной конструкцией платы, но это не догма - зачастую можно обойтись здравым электротехническим смыслом (все проводники на плате максимально короткие, есть сплошная земляная пластина на другой стороне платы и т. д.).
- Диапазон входного напряжения.
- Максимальный выходной ток.
- Частота конверсий.
Цепи с более низкими частотами менее капризны в отношении паразитных емкостей, но требуют больших конденсаторов (обычно танталовых, полярных) и индуктивностей.
Также многие люди слышат их высокочастотный свист — индукторы действуют как маленькие пейджеры.
Высокочастотные схемы более капризны, но требуют меньших по размеру конденсаторов (обычно многослойных керамических) и дросселей и не свистят.
- Максимальное напряжение конденсатора.
В импульсном преобразователе могут быть значительные высокочастотные колебания выходного напряжения (пульсации), поэтому рекомендуется иметь хороший запас.
- Почти все импульсные преобразователи имеют регулируемое выходное напряжение, которое задается делителем из двух сопротивлений, поэтому их номиналы и допуски должны быть достаточно точными.
Контроль напряжения аккумулятора
Есть как минимум две причины, почему это может быть необходимо.Во-первых, это позволяет примерно оценить оставшееся время работы до полной разрядки.
Во-вторых, если ваше устройство питается от литиевой батареи, то эти батареи быстро раздуваются и теряют работоспособность от переразряда, поэтому очень желательно выключать устройство до полной разрядки аккумулятора.
Сделать это очень просто — достаточно делителя из двух резисторов, подключенного ко входу АЦП.
Делитель рассчитан так, чтобы максимальное напряжение на входе АЦП не превышало 1 В (верхний предел АЦП).
В принципе, если оно немного выше, то ничего страшного не произойдет, но нужно быть осторожным и не превышать напряжение питания - помните, что измеряемое нами напряжение батареи может быть существенно выше 3,3 В - если его случайно подать к АЦП, то ESP8266 сгорит. Есть только один недостаток - он занимает единственный доступный АЦП.
Эту проблему, в свою очередь, можно решить, используя внешний мультиплексор (например, NLAS4599 производства ON Semiconductor, цена около 10 рублей), но он, в свою очередь, будет занимать один или несколько GPIO для управления.
Также к недостаткам этого метода можно отнести то, что прерывание нельзя привязать к АЦП, и его необходимо регулярно опрашивать самостоятельно.
Обнаружение провалов напряжения
«Провал» — падение напряжения питания ниже номинального значения, но не до нуля.Зачем вам это нужно обнаруживать? Представьте, что у вас есть грелка с батарейным питанием, управляемая ESP8266. Холодно – включается обогреватель, греется – выключается.
Казалось бы, что может пойти не так? Но давайте посмотрим поближе.
Батарея как источник питания имеет определенное внутреннее сопротивление; при попытке отвести от него большой ток (например, при включении обогревателя) его выходное напряжение проседает. Что произойдет с ESP8266, если его напряжение упадет ниже 3,3 В? И вот что происходит — небольшого падения напряжения недостаточно, чтобы произошел общий сброс и все выходы перешли в неактивное состояние, но достаточно, чтобы мозг ESP8266 «остановился на мгновение».
В результате в нашем примере с грелкой получается, что ESP8266 включает грелку, сразу уходит в кому из-за провала напряжения, а на выходе GPIO, управляющем грелкой, остается высокий уровень - соответственно, грелка продолжает работать.
нагреть и прогреть до среднехорошего состояния, если батарея не сядет раньше и не произойдет наконец долгожданный общий сброс.
Во многих серьёзных микроконтроллерах эта проблема уже давно решена аппаратно, и зачастую можно даже выбрать программную реакцию на провал напряжения — это может быть как принудительный сброс, так и прерывание, с которым микроконтроллер «всю свою мощь» может справиться ( без гарантий, конечно) перевести себя в безопасное состояние.
В ESP8266 ничего подобного нет, поэтому придется взять паяльник.
К счастью, все было изобретено задолго до нас, и для решения этой проблемы уже давно существуют микросхемы всего с тремя выводами, которые можно подключить к ESP8266 без каких-либо дополнительных проводок.
Куда подключать - есть два варианта: либо сброс, либо к GPIO и обработать ситуацию программно, возможно через прерывание.
Рис.
3. Типовая схема подключения микросхемы CAX803TTBI-T3 производства ON Semiconductor, цена примерно 10 рублей.
Обратите внимание, что ESP8266 имеет подтягивающие резисторы с программной поддержкой, поэтому внешний резистор не требуется.
Вот и все, в большинстве случаев описанного выше будет достаточно, чтобы обеспечить ваш ESP8266 вкусной, полезной и недорогой пищей.
Да пребудет с вами электродвижущая сила! Теги: #ESP8266 #аппаратное обеспечение #Программирование микроконтроллеров #Разработка для Интернета вещей
-
Linux-Версия Клиента Quake Live
19 Oct, 24 -
«Мамба» Сделает Российскую Вторую Жизнь
19 Oct, 24 -
Top4Top - Первый Тестовый Пост
19 Oct, 24
