Различные способы подачи питания на плату Arduino Uno


Платы Arduino в настоящее время находят применение во многих электронных проектах по всему миру. И в большинстве случаев эти платы получают питание через USB порт. Но это не единственный способот запитать плату Arduino. В данной статье мы рассмотрим различные способы подачи питания на плату Arduino Uno. Надеемся, что эта информация поможет вам при планировании питания электронных проектов с использованием данной платы.

Способы подачи питания на плату Arduino Uno

Питание через порт USB

USB порт платы Arduino Uno можно подключить к USB устройству или порту, которые могут обеспечить стабильное питание 5V. Это может быть компьютер/ноутбук, power bank, USB зарядка и т.д. Используя питание через USB порт, вы исключаете необходимость использования внешнего источника питания если ток, потребляемый вашей схемой, меньше чем ток, который может обеспечить USB порт. Также, используя стандартный power bank, вы можете с использованием данного способа питания, сделать ваш проект полностью мобильным (портативным). Порт USB 2.0 обеспечивает ток до 500mA и этого более чем достаточно для питания платы Arduino Uno.

Подача питания на плату Arduino Uno через порт USB

В зависимости от типа платы Arduino тип USB разъема на ней может также отличаться. К примеру, плата Arduino Uno имеет USB разъем типа B, а плата Arduino Nano – USB разъем типа mini-B. В следующей таблице представлены все типы USB разъемов, которые могут использоваться на различных платах Arduino.

Тип USB разъема Платы Arduino
USB Type B Внешний вид разъема USB Type B Arduino UNO, Mega, Uno Wi-Fi
USB Mini B Внешний вид разъема USB Mini B Arduino Nano
Micro USB Внешний вид разъема Micro USB Arduino Leonardo, Mico, Nano Every, Nano BLE, Mkr Zero, Due, MKR Vidor 400, Arduino Zero, Nano IoT, MKR FOX 1200, MKR WAN 1300/1310, MKR GSM 1400, MKR Wifi 1010, MKR NB 1500, Nano RP2040 Connect
USB Type C Внешний вид разъема USB Type C Arduino Portenta H7

Спецификация разъема USB:

  • напряжение: 5 В;
  • ток: 500 мА.

С использованием разъема постоянного тока (Power Jack)

Подача питания на плату Arduino Uno с помощью адаптера через разъем постоянного тока

Плата Arduino Uno и многие другие "большие" платы Arduino оснащаются стандартным разъемом постоянного тока (2.1mm DC power jack). На плату Arduino Uno через данный разъем можно подавать постоянное напряжение в диапазоне 7-12V, а встроенный в плату регулятор напряжения понижает его до необходимых 5 и 3.3V. Центральный контакт данного разъема – положительный, а внешняя втулка – общий провод (земля). Для подачи питания на этот разъем можно использовать любой адаптер 12V AC-DC с подходящим разъемом. Питание через данный разъем хорошо подходит в стационарных условиях размещения платы Arduino Uno, когда не нужно производить мониторинг данных, передаваемых через ее последовательный порт в целях отладки.

Также для питания через данный разъем можно использовать батарейку 9V при использовании для нее специального переходника питания (показан на рисунке ниже). Этот способ подходит для использования в портативных проектах. И, поскольку батарейки 9V достаточно дешевы и легко доступны, то с помощью данного способа вы сможете обеспечить подачу питания на плату Arduino Uno практически в любых условиях.

Подача питания на плату Arduino Uno от батарейки через разъем постоянного тока

Спецификация разъема постоянного тока:

  • напряжение: 7-12 В;
  • ток: 800 мА.

С использованием контакта Vin платы Arduino Uno

Вы можете подавать питание на плату Arduino через ее разъем Vin. Данный контакт поддерживает диапазон питающих напряжений 7-12V. Он непосредственно подключен к положительной шине (проводу) разъема постоянного тока, рассмотренного в предыдущем пункте статьи.

Расположение контакта Vin на плате Arduino Uno

Спецификация контакта Vin платы Arduino Uno:

  • напряжение: 7-12 В;
  • ток: 800 мА.

Непосредственно через контакт 5V платы Arduino Uno

Также плату Arduino можно непосредственно запитывать от источника с напряжением 5V. Но следует иметь ввиду, что эти 5V должны быть устойчивы и стабилизированы по уровню. Контакт 5V обходит все меры безопасности на плате, включая фьюзы, защиту от неправильной полярности, выбора источника питания и регуляторы напряжения. То есть если напряжение, подаваемое на данный контакт, превышает 5V (5.5V maximum) или оно подается в неправильной полярности, то плата Arduino может быть повреждена. Поэтому нужно быть очень внимательным при использовании данного способа питания. Контакт 5V расположен на плате Arduino Uno между ее контактами 3.3V и GND.

Расположение контакта 5V на плате Arduino Uno

Спецификация контакта 5V платы Arduino Uno:

  • напряжение: 5 В;
  • ток: не ограничен.

Безопасно ли подавать питание на плату Arduino одновременно через USB и 12V через разъем постоянного тока?

Вас может поставить в небольшое затруднение вопрос по поводу того, что будет если мы подадим питание на плату Arduino через порт USB и одновременно с этим подадим 12V через ее разъем постоянного тока. Безопасно ли это? Да, безопасно. Плата Arduino Uno имеет продуманную архитектуру в плане выбора источника питания.

На рисунке ниже показана схема блока питания платы Arduino Uno. На ней вы можете увидеть схему выбора источника питания на основе компаратора на операционном усилителе LM358. Когда к разъему постоянного тока (DC barrel Jack) подключен источник питания, схема компаратора выключает P-канал Mosfet, который, в свою очередь, выключает подачу питания на плату через порт USB. Когда к разъему постоянного тока не подключен источник питания, Mosfet открывается и плату можно запитывать через порт USB.

Схема блока питания платы Arduino Uno

Как запитывать платы Arduino от батарейки?

Если у вас портативное устройство и вы не хотите зависеть от стационарного источника питания, то в этом случае можно обеспечить подачу питания на плату Arduino с помощью батарейки, подключенной к разъему постоянного тока или контакту Vin платы. Например, можно непосредственно подключить батарейку 9V 6F22 к плате Arduino через соответствующий переходник на разъем 2,1 мм, либо же с помощью соединительных проводников подключить ее к контакту Vin.

Как подать питание на плату Arduino с помощью литиевой батареи 3.7V?

В настоящее время для питания портативных устройств широкое распространение получили литий-ионные и литий-полимерные батареи (аккумуляторы) с напряжением 3.7V. Можно ли от них запитать плату Arduino? Да, можно. Но хорош ли этот способ? При стандартных настройках платы Arduino однозначно нет, поскольку большинство современных микроконтроллеров имеют рекомендованные значения рабочего напряжения. Поэтому если вы хотите запитать плату Arduino от батареи 3.7V, то рекомендуется понизить тактовую частоту ее работы для уменьшения деградации кремниевых чипов в ее основе. Конечно, в этом случае понизится и производительность платы, но для большинства электронных проектов ее будет все равно достаточно.

Если у вас плата Arduino на основе микроконтроллера Atmega328P, например, Arduino Uno, то в этом случае целесообразно установить для нее безопасную тактовую частоту 8 МГц вместо ее стандартной частоты 16 МГц. В следующем разделе статьи представлен график, показывающий зависимость безопасной тактовой частоты для микроконтроллера ATMega328P от величины питающего напряжения.

Но некоторые платы Arduino, например, платы серии MKR (кроме плат MKR FOX and WAN 1300) уже изначально поставляются с поддержкой питания от литий-полимерных батарей и у них есть специальный слот для подключения этих батарей. Поэтому к ним можно подключать батарею 3.7V напрямую, не заботясь о снижении тактовой частоты.

Могут ли платы Arduino работать от напряжения 3.3V?

Теоретически, да, микроконтроллер ATMega328P может работать от напряжения 3.3V. Но с понижением его тактовой частоты до безопасного значения. При этой величине питающего напряжения производители рекомендуют уменьшать тактовую частоту работы микроконтроллера до величины 8 МГц.

Зависимость тактовой частоты микроконтроллера ATMega328P от напряжения питания

Питание платы Arduino от солнечной панели

Плату Arduino можно запитать и от солнечной панели если напряжение и ток с нее будут соответствовать требованиям по питанию к плате Arduino. Но более целесообразным в данной ситуации является подход, основанный о том, что от солнечной батареи заряжается батарея (аккумулятор), а потом уже непосредственно от этой батареи запитывается плата Arduino. В данном случае плату Arduino можно будет запитывать даже ночью, когда солнца нет и электрический ток солнечной панелью не вырабатывается.

Схема питания платы Arduino при таком подходе показана на рисунке ниже. Как можно видеть из нее, к солнечной панели подключается зарядка, которая заряжает батарею. А сама батарея подключается к разъему постоянного тока (Dc barrel connector) или контакту Vin платы Arduino. Данная схема питания хорошо зарекомендует себя в удаленных от цивилизации местах, где нет электричества, но есть достаточное количество солнечной энергии. Например, для питания небольшой метеостанции, которая с помощью GSM модуля передает свои данные в сеть интернет.

Схема питания платы Arduino от солнечной панели

Также на нашем сайте вы можете посмотреть проект солнечного трекера на основе платы Arduino, способного повысить эффективность используемой солнечной панели.

Какой самый лучший способ подачи питания на плату Arduino Uno?

Наилучшим способом подачи питания на плату Arduino Uno является ее питание через разъем постоянного тока (DC barrel jack) или контакт Vin. В этом случае задействуются все защитные механизмы платы по питанию. Но если в вашем проекте предусмотрено наличие хорошо стабилизированного питающего напряжения 5V с необходимыми мерами защиты, то в этом случае можно запитывать плату Arduino Uno и через ее контакт 5V. В ситуациях, когда необходимо обеспечить долгую работу устройства без подключения к внешней сети, подойдет описанный выше способ с использованием солнечной панели и заряжаемой с ее помощью батареи.

Питание платы Arduino Uno с помощью технологии PoE

Достаточно экзотическим, но, тем не менее работающим способом питания платы Arduino является ее питание с помощью технологии PoE (Power over Ethernet). Технологию PoE в настоящее время поддерживает достаточно много сетевых устройств. Она позволяет запитывать устройство через кабель Ethernet, не используя отдельного питающего кабеля. Для питания платы Arduino с помощью технологии PoE можно использовать для нее специальный шилд (плату расширения) – Arduino Ethernet Shield 2 POE. Ее внешний вид показан на следующем рисунке.

Внешний вид модуля PoE

Внешний вид Ethernet шилда для платы Arduino Uno

Данный модуль PoE позволяет подавать питание через витую пару Ethernet кабеля категории 5.

(Проголосуй первым!)
Загрузка...
628 просмотров

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *