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Arduino-Boards haben das Gesicht der DIY-Technologie verändert. Einfache Projekte wie das Erstellen von Miniatur-Arduino-Ampeln sind perfekt, um Anfängern die grundlegende Elektronik und Programmierung beizubringen.
Arduinos sind perfekt für Heimprojekte und können unterwegs verwendet werden, indem ein Akku an ihnen befestigt wird. Das Problem ist, dass selbst der klobigste Akku selbst von einem kleinen Arduino-Board schnell leer wird.
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Wenn Sie wirklich möchten, dass Ihr Arduino auf lange Sicht läuft, müssen Sie einige Optimierungen und Änderungen vornehmen.
1. Arduino Low-Power-Softwarebibliotheken
Es stehen mehrere Softwarebibliotheken zur Verfügung, die den Stromverbrauch Ihres Arduino ändern können. Indem der Arduino für eine bestimmte Zeit in einen Tiefschlaf versetzt wird, kann zwischen den Operationen Strom gespart werden. Dies ist besonders nützlich für Mikrocontroller, die Sensormesswerte in abgelegenen Gebieten wie Wetterstationen erfassen oder Subschaltungen für größere Geräte erfassen.
Die Low-Power-Bibliothek von Github-Benutzer rocketscream ist ein Beispiel für eine einfach zu verwendende Bibliothek, die sich perfekt zum Energiesparen eignet. Betrachten Sie den folgenden Code, der auf einigen Beispielcodes der Bibliothek basiert:
#include 'LowPower.h'
// setup() your sensors/LEDs here
void loop()
{
// This next line powers the arduino down for 8 seconds
//ADC means analogue to digital conversion, and BOD for brown out detection
//both are turned off during the sleep period to save power
LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF);
//After each sleep, you can instruct the Arduino to carry out its tasks here - for example, take a temperature reading and send it to a server.
}Dieser Code ist ein guter Anfang. Es senkt nicht nur den Stromverbrauch mit bereits eingebauten Methoden, sondern schaltet auch das potenziell kostspielige Analog-Digital-Wandlung (die auch im Leerlauf Strom verbrauchen kann) und die Brownout-Erkennung was den Arduino-Laufcode stoppt, wenn seine Eingangsspannung zu niedrig wird.
Dies ist eine einfache, aber effektive Maßnahme, um die Leistung Ihres Arduino zu reduzieren. Wir können jedoch noch viel tiefer gehen!
2. Arduino integrierte Energiesparfunktion
Die Programmiersprache Arduino hat eine eigene eingebaute Schlaf Funktionen, die beim Energiesparen helfen. Die Schlaffunktion, die zusammen mit . verwendet wird unterbrechen -Klauseln, lassen Sie den Arduino wieder aufwachen.
Arduino verfügt über spezielle Pins, die zum Unterbrechen des Schlafzyklus entwickelt wurden, und Sie können mit der Setup-Funktion darauf zugreifen:
#define interruptPin 2
void setup()
{
//interrupt pin MUST be Arduino pin 2 or 3 on Uno
//set the pin to pull up mode
pinMode(interruptPin, INPUT_PULLUP);
}
Nachdem dies nun als Interrupt-Pin eingerichtet ist, können Sie Ihren Arduino sicher in den Ruhezustand schicken. Eine vereinfachte Möglichkeit besteht darin, zwei kleine Funktionen zu erstellen:
void sendToSleep()
{
//enable sleeping - note this primes sleep, not starts it!
sleep_enable();
//attach the interrupt, specify the pin, the method to call on interrupt,
//and the interrupt conditions, in this case when the pin is pulled low.
attachInterrupt(interruptPin, wakeUpAgain, LOW);
//actually activate sleep mode
sleep_cpu();
//code continues on from here after interrupt
Serial.println('Just awoke.');
}
void wakeUpAgain()
{
//stop sleep mode
sleep_disable();
//clear the interrupt
detachInterrupt(interrputPin);
}Der obige Code ist eine vereinfachte Möglichkeit, Ihr Arduino in den Schlafmodus zu versetzen, und Sie können es durch Verbinden wieder aufwecken Stift 2 zum Masse Stift. Während sich das Arduino Uno im Schlafmodus befindet, reduziert es den Gesamtstromverbrauch um etwa 11 mA, und wenn Sie stattdessen einen Pro Mini verwenden, können Sie davon ausgehen, dass der normale Stromverbrauch von 25 mA auf nur 0,57 mA sinkt.
Unterbrechungen sind eine großartige Möglichkeit, Ihren Stromverbrauch zu senken, und Im Kurks-Blog gibt es einige ausführliche Beiträge dazu , die helfen, Interrupts für Anfänger zu entmystifizieren.
3. Verlangsamen Sie die Arduino-Taktgeschwindigkeit
Die Taktrate Ihres Arduino bestimmt, wie viele Operationen es pro Sekunde ausführen kann. Die meisten Arduino-Boards laufen auf einem 8- oder 16-MHz-Prozessor, obwohl einige der Ableger-Boards wie das Teensy 3.6 Verarbeitungsgeschwindigkeiten von bis zu 180 MHz aufweisen! Deshalb viele DIY-Hacker verwenden gerne Teensy-Boards über Arduino in ihren DIY-Projekten.
All diese Rechenleistung kostet Strom, und für viele Anwendungsfälle ist die Verwendung der vollen Taktrate übertrieben. Hier kann die Regulierung der Taktrate durch Software einen Unterschied machen.
Es wäre nachlässig von mir, Sie nicht zu warnen, Das Ändern der Taktfrequenz kann Bootloader-Probleme verursachen und kann Sie mit einem Arduino zurücklassen, auf das Sie keine Skizzen hochladen können, wenn es falsch gemacht wird.
Wenn Sie versuchen möchten, Ihre Taktfrequenz zu ändern und Tools in der Arduino IDE zu erstellen, mit denen Sie die CPU-Frequenz im laufenden Betrieb ändern können, Pieter Ps ausführliche Anleitung kann Ihnen beim Einstieg helfen.
4. Ersetzen Sie stromhungrige Arduino-Komponenten
Das Arduino Uno ist das beliebteste Board für Anfänger, und die meisten Arduino-Kits liefern entweder ein offizielles oder ein Klonmodell. Sein größerer Formfaktor und die Hot-Swap-fähigen Mikrochips machen es perfekt zum Experimentieren, und seine breite Kapazität für Eingangsspannungen zusammen mit der integrierten Spannungswandlung für 3,3-V-Komponenten machen es für fast jeden Zweck geeignet.
All diese Funktionen sind in Bezug auf den Stromverbrauch nicht billig. Vor diesem Hintergrund gibt es eine Reihe von Dingen, die Sie tun können, um einen Arduino Uno physisch zu verändern, um Strom zu sparen.
Der Spannungsregler auf dem Arduino Uno verursacht den größten Einzelstromverbrauch auf der Platine. Dies ist nicht besonders überraschend, da es bis zu 7 V sicher von der Eingangsstromversorgung zum Board selbst abfallen muss. Einige haben versucht, dies zu umgehen, indem sie den Regler durch effizientere ersetzt haben, aber das löst das Problem nicht wirklich.
Patrick Fenner von DefProc Engineering hat in seinem Blogbeitrag über Uno-Energiesparstrategien eine großartige Lösung gefunden. Indem er den Spannungsregler vollständig durch einen DC-DC-Abwärtswandler ersetzte, konnte er den Stromverbrauch des Mikrocontrollers halbieren.
5. Machen Sie Ihr eigenes Arduino
Ein sicherer Weg, um nur die für Ihr Projekt benötigte Leistung zu nutzen, besteht darin, einen Mikrocontroller nach Ihren eigenen Spezifikationen zu entwickeln. In der Vergangenheit haben wir gezeigt, wie Sie Ihr eigenes Arduino für einen Bruchteil der Kosten eines offiziellen Boards bauen können.
Dadurch haben Sie nicht nur viel mehr Kontrolle über die Größe und den Umfang Ihrer Schaltung, sondern können auch den Stromverbrauch im Standby-Modus auf 15,15 mA und im Schlafmodus auf nur 0,36 mA senken. Diese Zahlen stammen aus der unglaublich ausführlicher Beitrag von Nick Gammon in seinem Forum.
Dieser Beitrag behandelt viele andere Aspekte des Arduino-Energiesparens und ist eine fantastische Ressource, auf die Sie sich beziehen können, wenn Sie versuchen, ein wenig mehr Zeit aus einem mobilen Netzteil herauszuholen.
Verwenden Sie Arduino für große Ideen und einen kleinen Energie-Fußabdruck
Wenn du daran arbeitest Ihre ersten Arduino-Anfängerprojekte , der Stromverbrauch ist wahrscheinlich nicht so wichtig.
Wenn Ihre Ideen größer werden und mehr Nachdenken erfordern, lohnt es sich, Möglichkeiten zur Optimierung Ihrer Einrichtung zu erlernen. Zwischen der Sicherstellung, dass Sie das richtige Arduino-Board erhalten, und der Einrichtung, um das Beste daraus zu machen, können Sie einen großen Beitrag zur Herstellung wirklich einzigartiger und nützlicher Geräte leisten. Viel Glück und bastel weiter!
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Ian Buckley lebt als freiberuflicher Journalist, Musiker, Performer und Videoproduzent in Berlin. Wenn er nicht gerade schreibt oder auf der Bühne steht, bastelt er an DIY-Elektronik oder Code, in der Hoffnung, ein verrückter Wissenschaftler zu werden.
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