ARDUINO Esplora
Alimentazione a batteria
Ultimo aggiornamento 14 settembre 2013


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La scheda Arduino Esplora, per il suo funzionamento deve essere alimentata tramite la porta USB.
Come visibile nello schema, la linea XUSB collegata al pin P1 della presa USB, è protetta dal fusibile resettabile F1 che, nel caso di un assorbimento superiore ai 500 mA, interromperà automaticamente la connessione finché non sarà rimosso il corto o il sovraccarico.
Il terminale GND è invece connesso al terminale P5 della presa USB.
Contrariamente agli altri modelli di schede Arduino, non è previsto un connettore polarizzato connesso ad un circuito regolatore che possa fornire la tensione stabilizzata a +5V per il funzionamento della scheda.
In questo pagina vedremo invece come poter alimentare la scheda con una batteria da 3,7V di tipo Li-Ion connessa ad un circuito convertitore DC/DC che fornirà la tensione di 5V.

Descrizione

Per realizzare l’alimentazione a batteria della scheda Arduino Esplora, utilizzeremo questi componenti:

Per il momento, il circuito è stato realizzato su breadboard (vedere lo schema), poiché la versione definitiva sarà poi integrata da una parte TX/RX basata su un modulo bluetooth che renderanno, la scheda Arduino Esplora, una stazione di comando completamente autonoma e completamente wireless.


 E' possibile acquistare la scheda sul sito Homotix cercando il codice A000095

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La batteria è connessa al caricabatteria e da qui la tensione tramite l’interruttore e il fusibile resettabile arriva al convertitore DC/DC che eleva il valore della tensione da 3,7V a 5V.
Per alimentare la scheda utilizziamo uno dei connettori Tinkerkit con l’ingresso A, i cui pin 5V e GND sono connessi al resto del circuito.
La scheda ESPLORA ha quattro connettori compatibili con il sistema Tinkerkit: due ingressi di colore bianco e due di uscita di colore arancio.Utilizziamo anche il pin d’ingresso che in questo caso monitora il valore della tensione della batteria

 

Lo schema di collegamento

La Batteria

La batteria ricaricabile scelta è un accumulatore agli ioni di litio (a volte abbreviato in Li-Ion). Per maggiori informazioni si può fare riferimento all’articolo Batterie al Litio: scegliamo le migliori. Si è utilizzata una batteria Li-Ion con una tensione di 3,7 e una corrente di 1840 mA/h prodotta dalla ENIX Energies.

Modulo caricabatteria Sparkfun PRT-10161

Per la carica della batteria Li-Ion, si è scelto una piccolo circuito prodotto dalla SparkFun codice PRT-10161.
Questo permette, utilizzando un alimentatore da 5V, oppure direttamente la presa USB del PC, di caricare la batteria con una corrente selezionabile tra 100 e 500 mA.
E’ altresì possibile caricare batterie single-cell LiPo o Li-Polymer.
La scheda incorpora un circuito di carica basato sull'integrato prodotto dalla Microchip tipo MCP73831/2.

MCP73831/2 Miniature Single-Cell, Fully Integrated Li-Ion, Li-Polymer Charge Management Controllers

Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato

Il dispositivo è contenuto in un piccolo package SOT-23 a 5 pin e per il suo funzionamento sono necessari un basso numero di componenti esterni: è stato creato appositamente per quelle applicazioni portatili che necessitano di ricarica da una porta USB.
L'integrato utilizza un algoritmo di carica con corrente e tensione costante con precondizionamento e fine della carica selezionabile.
La tensione costante è fissata a quattro valori disponibili: 4.20V, 4.35V, 4.40V e 4.50V.
La corrente costante è impostata tramite il valore di una resistenza esterna.
L'integrato limita la corrente di carica in base alla sua temperatura e alle condizioni ambientali. Questa regolazione termica consente di ottimizzare il tempo del ciclo di carica pur mantenendo l'affidabilità del dispositivo. Sono disponibili diverse opzioni, per impostarle si può fare riferimento al data sheet.
La scheda proposta dalla SparkFun ha un LED di stato, e di un jumper a saldare per selezionare il valore della corrente di carica a scelta tra 500mA o 100 mA.
Dispone poi, della presa USB per l’alimentazione e di due connettori; una per collegate la batteria (BAT IN) e una di un'uscita “SYS OUT ", che consente di collegare il circuito di carica direttamente al progetto in modo che non è necessario scollegare il caricabatterie ogni volta che si desidera utilizzarlo.
Altre informazioni a questa pagina.

Modulo convertitore DC/DC Pololu 791

Per elevare la tensione dal valore di 3,7V fornita dalla batteria a quello di 5V necessario ad alimentare la scheda Arduino Esplora, la scelta è andata ad un piccolo convertitore DC/DC prodotto dalla Pololu dal codice 791.

mini-Elevatore_pololu_componenti.jpg

Ha dimensioni particolarmente ridotte (10,7 x 22,4 x 5,8 mm), in grado di convertire una tensione continua compresa tra 1,5 e 16 volt in una tensione di uscita da 2,5 a 9,5 volt (regolabile tramite trimmer). La massima corrente disponibile è di circa 1600 mA.
Si basa su un integrato SC4501 prodotto dalla Semtech.

SC4501 2Amp, 2MHz Step-Up Switching Regulator with Soft-Start

Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato

E’ un regolatore switching di tipo step-up current-mode alta frequenza di commutazione con un transistor di potenza integrato da 2A. La sua frequenza di commutazione elevata (programmabile fino a 2 MHz) consente l'utilizzo di piccoli componenti passivi esterni a montaggio superficiale. Dispone di un Soft-start programmabile che elimina l’alta corrente di spunto in fase di avviamento.
La tensione di uscita può essere regolata ruotando il potenziometro, in senso orario aumenta la tensione di uscita.  Altre informazioni a questa pagina.

Fusibile resettabile da 500 mA

Per la protezione del circuito si è utilizzato un fusibile autoripristinante chiamato PTC (polyfuse o polyswitch), si tratta di termisistori non-lineari che nel caso del loro surriscaldamento (dovuto ad un elevato assorbimento) diventano non conduttori, ritornando ad esserlo dopo la rimozione del problema, consentendo al circuito di funzionare di nuovo senza aprire il telaio o sostituire nulla

 

Alcune foto del prototipo

Dettaglio dei collegamenti del prototipo

Caricabatteria Sparkfun PRT-10161.

Convertitore DC/DC Pololu 791

Dettaglio del circuito montato su bread-board

Materiale occorrente per realizzare il cavo di collegamento conla scheda Arduino Esplora

Dettaglio collegamento

dettaglio connettore IN-A

Esempio lettura analogica mediante la scheda Ardui Esplora

 

 

Elenco revisioni
14/09/2013 Emissione preliminare