Πώς να μην κάψετε Arduino - συμβουλές για αρχάριους

Οι μικροελεγκτές είναι, πρώτον, συσκευές για τον έλεγχο, τον έλεγχο και την επεξεργασία των δεδομένων, αλλά όχι για την εργασία σε κυκλώματα ισχύος. Αν και τα μοντέρνα τσιπ είναι αρκετά ανεπτυγμένα όσον αφορά την παρουσία διαφόρων προστατευτικών μέσων κατά της τυχαίας βλάβης στο ηλεκτρικό μέρος, παρ 'όλα αυτά, υπάρχουν κίνδυνοι που περιμένουν έναν αρχάριο ραδιοερασιτέχνη σε κάθε βήμα.

Πώς να εργαστείτε με ασφάλεια με arduino; Αυτό είναι το κύριο θέμα του άρθρου. Εξετάστε τόσο τους ηλεκτρικούς κινδύνους για τον μικροελεγκτή όσο και για ολόκληρη την πλακέτα και τα συστατικά της ως σύνολο, καθώς και επιβλαβείς παράγοντες μηχανικής προέλευσης.

Πώς να κάψετε ένα μικροελεγκτή;

Μπορείτε να γράψετε ένα βιβλίο σχετικά με την εσωτερική δομή των μικροελεγκτών, οπότε θα εξετάσουμε μόνο τα βασικά σημεία που πρέπει να προσέξετε κατά την εργασία. Οι μικροελεγκτές είναι ευαίσθητοι τόσο σε ρεύματα όσο και σε τάσεις. Οι τρόποι λειτουργίας έκτακτης ανάγκης επιτρέπονται μόνο για μικρό χρονικό διάστημα ή είναι γενικά απαράδεκτοι.

Θα προσπαθήσω να εξετάσω καταστάσεις με πραγματικές συνθήκες και μάρκες. Ας στηριχθούμε στο φύλλο δεδομένων Atmega328. Είναι κοινό μικροελεγκτή, που βρέθηκαν σε σχεδόν όλους τους πίνακες arduino, χρησιμοποιήθηκαν 168 σε πρώιμες εκδόσεις, η κύρια διαφορά ήταν το μισό μέγεθος μνήμης.

1. Η τάση τροφοδοσίας πρέπει να είναι κανονική!

Τα μοντέλα μικροελεγκτών που γνωρίζω τροφοδοτούνται από σταθερή τάση (DC), ενώ η τάση τροφοδοσίας μπορεί να κυμαίνεται εντός της αποδεκτής περιοχής. Στην τεχνική τεκμηρίωση για το 328 atmega, υποδεικνύεται το εύρος τάσεων τροφοδοσίας από 1,8 έως 5,5 Volt. Ταυτόχρονα, η ταχύτητα εργασίας εξαρτάται από την τάση, αλλά αυτές είναι λεπτές που επηρεάζουν την επιλογή της συχνότητας λειτουργίας και των λογικών επιπέδων.

Οι δίοδοι Zener εγκαθίστανται συνήθως στα κυκλώματα ισχύος των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων για να προστατεύσουν την είσοδο βραχυπρόθεσμων παλμών, αλλά οι διόδους zener δεν έχουν σχεδιαστεί για να καταστέλλουν τις ριπές υψηλής ισχύος και την παρατεταμένη λειτουργία σε λανθασμένες συνθήκες.

Συμπέρασμα:

Μην υπερβείτε την τάση τροφοδοσίας του μικροελεγκτή αν σκοπεύετε να τον χρησιμοποιήσετε από μπαταρίες ή από μια πηγή που δεν είστε σίγουροι για τη σταθεροποίηση - είναι προτιμότερο να εγκαταστήσετε ένα επιπλέον γραμμικό σταθεροποιητή LDO ή LDO.

Για το "θάνατο" του μικροελεγκτή, μερικές φορές ακόμη και το μισό βολτ είναι αρκετό. Επιπλέον ηλεκτρολυτικό πυκνωτή φίλτρου έως και εκατοντάδες microfarads, σε συνδυασμό με κεραμικά σε μερικές εκατοντάδες nFs θα βελτιώσουν μόνο την αξιοπιστία του κυκλώματος.

Arduino:

Στο πρωτότυπο καθώς και στους περισσότερους κλώνους Νάνο, Uno εγκαθίστανται γραμμικοί σταθεροποιητές, ώστε να μπορείτε να τροφοδοτείτε ρεύμα είτε με τις ακίδες που προορίζονται γι 'αυτό είτε μέσω θύρας USB. Δεν υπερβαίνει τα 15 V.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ:

Ο ακροδέκτης με το όνομα "5V" προορίζεται μόνο για σύνδεση με μια σταθεροποιημένη πηγή των πέντε βολτ, πλέον, αυτός ο ακροδέκτης είναι απευθείας συνδεδεμένος με το πόδι Vcc του ίδιου του μικροελεγκτή, ενώ ο Vin - στον πίνακα μεταβαίνει μέσω του γραμμικού σταθεροποιητή στον μικροελεγκτή.

Και πολικότητα

Δεν υπάρχει προστασία αντίστροφης τάσης στον πίνακα, συνεπώς, σε περίπτωση σφάλματος, υπάρχει κίνδυνος να το καψετε. Για να αποφύγετε αυτό, εγκαταστήστε τη δίοδο σε σειρά με την είσοδο ισχύος καθόδου στην πλακέτα (pin Vin).

2. Μην συντομεύετε τις ακίδες

Ο κατασκευαστής έθεσε το συνιστώμενο ρεύμα μέσω του ακροδέκτη του μικροελεγκτή, όχι περισσότερο από 30 mA. Με τάση τροφοδοσίας 5 βολτ, αυτό σημαίνει ότι πρέπει να συνδέσετε ένα άγνωστο (νέο) φορτίο μέσω ενός αντιστάτη τουλάχιστον 200 Ω, ο οποίος θα ρυθμίσει το μέγιστο ρεύμα στα 25 mA. Νομίζω ότι δεν ακούγεται πολύ ξεκάθαρα. Οι λέξεις "Close" και "Overload" είναι διαφορετικές, αλλά περιγράφουν την ίδια διαδικασία.

Βραχυκύκλωμα Είναι μια κατάσταση όταν ένα φορτίο είναι εγκατεστημένο μεταξύ ενός τερματικού με υψηλό δυναμικό και ενός τερματικού με χαμηλό δυναμικό, η αντίσταση του οποίου είναι κοντά στο 0.Το πραγματικό ισοδύναμο ενός τέτοιου φορτίου είναι μια σταγόνα συγκολλήσεως, ένα κομμάτι σύρματος και άλλα αγώγιμα υλικά ρεύματος που συνδέουν την θετική προς αρνητική επαφή.

Όταν ο ακροδέκτης έχει οριστεί σε λογική μονάδα ή "υψηλή", η τάση σε σχέση με το κοινό καλώδιο είναι 5 V (3.3 ή οποιαδήποτε άλλη, η στάθμη της οποίας λαμβάνεται ως λογική μονάδα). Εάν είναι βραχυκυκλωμένο σε "έδαφος", στον πίνακα arduino μπορεί να οριστεί ως "gnd", το ρέον ρεύμα θα τείνει στο άπειρο.

Μέσα στον μικροελεγκτή, τα εσωτερικά τρανζίστορ και οι αντιστάσεις φορτίου είναι υπεύθυνες για τα επίπεδα εξόδου 0 ή 1, απλά καίγονται από ένα μεγάλο ρεύμα. Πιθανότατα, το τσιπ θα συνεχίσει να λειτουργεί, αλλά αυτή η καρφίτσα δεν είναι.

Λύση:

Η έξοδος του Vin επίσης δεν μπορεί να βραχυκυκλωθεί σε gnd, αν και δεν ανήκει στον μικροελεγκτή, αλλά τα κομμάτια του σκάφους μπορεί να καούν και θα πρέπει να αποκατασταθούν. Για λόγους ασφαλείας, μην είστε τεμπέλης και τροφοδοτείτε ενέργεια μέσω μίας ασφάλειας ονομαστικής για ρεύμα 0,5 A.

ΣΗΜΑΝΤΙΚΟ:

Η τεχνική τεκμηρίωση για το 328ο ATmega δείχνει σαφώς ότι το TOTAL ρεύμα μέσω όλων των ακίδων δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 200 mA.

3. Μην υπερβείτε τα λογικά επίπεδα!

Επεξήγηση:

Αν το επίπεδο 5 V είναι επιλεγμένο ως λογική μονάδα στον μικροελεγκτή, τότε ο αισθητήρας, το κουμπί ή άλλος μικροελεγκτής πρέπει να στείλει ένα σήμα με την ίδια τάση.

Αν εφαρμόσετε τάση μεγαλύτερη από 5,5 βολτ, η καρφίτσα θα καεί. Περιοριστικά στοιχεία, όπως οι διόδους zener, είναι εγκατεστημένα στο εσωτερικό, αλλά όταν ενεργοποιούνται, τα ρεύματα αρχίζουν να αυξάνονται ανάλογα με την εφαρμοζόμενη τάση. Μην προσπαθήσετε καν να τροφοδοτήσετε μια τάση εναλλασσόμενη στο σήμα, και ακόμη περισσότερο μια τάση δικτύου 220 V.

Εδώ είναι το λειτουργικό διάγραμμα της εξόδου του μικροελεγκτή. Στοιχεία (δίοδοι και χωρητικότητα) είναι απαραίτητα για την προστασία από ηλεκτροστατικά, τα λεγόμενα "ESD-προστασία", είναι σε θέση να προστατεύσουν το τσιπ από βραχυκύκλωμα τάσης, αλλά όχι πολύ.

Σημείωση: Η υπέρβαση ακόμη και μισού δευτερολέπτου θεωρείται μεγάλη.

Πώς να προστατεύετε τις εισόδους;

Εγκαταστήστε τους παραμετρικούς σταθεροποιητές. Σχηματικά, αυτή είναι μια δίοδος zener με τάση σταθεροποίησης περίπου 5 βολτ, τοποθετείται ανάμεσα στην έξοδο και το μείον (gnd), και σε σειρά με αυτή είναι μια αντίσταση. Ο πείρος συνδέεται με το σημείο μεταξύ της αντίστασης και της διόδου zener. Σε τάση άνω των 5 Volts, η τελευταία ανοίγει και αρχίζει να περάσει ρεύμα, η υπέρταση "παραμένει" στην αντίσταση, και στην είσοδο θα σταθεροποιηθεί στο επίπεδο 5-5.1 V.

4. Μη φορτώνετε το σταθεροποιητή

Εάν αποφασίσετε να τροφοδοτήσετε το φορτίο από τον ακροδέκτη 5V, μπορείτε να κάψετε ένα γραμμικό σταθεροποιητή, αυτός ο δίαυλος ενεργοποιεί το MICROCONTROLLER και είναι σχεδιασμένος για αυτό, ωστόσο, μπορεί να αντέξει μερικούς μικρούς σερβοκινητήρες.

Επίσης, δεν μπορείτε να συνδέσετε μια εξωτερική πηγή τάσης σε αυτό το πόδι, ο σταθεροποιητής δεν έχει προστασία αντίστροφης τάσης. Για την ενεργοποίηση πρόσθετων ενεργοποιητών πάρτε την τάση από μια εξωτερική πηγή τροφοδοσίας.

Περίληψη

Θυμηθείτε αυτά τα τέσσερα τμήματα και θα προστατεύσετε το Arduino από λάθη.

Προφυλάξεις ασφαλείας για τη μικροηλεκτρονική

Σε αυτή την ενότητα θα συζητήσουμε πώς να δουλέψουμε σωστά με το διοικητικό συμβούλιο, από τη φάση της συναρμολόγησης μέχρι την επιχειρησιακή φάση του έξυπνου συστήματος. Ας ξεκινήσουμε με τις εργασίες εγκατάστασης.

Είναι δυνατή η συγκόλληση στοιχείων σε ένα φύλλο arduino;

Φυσικά ναι, αλλά όχι τόσο απλό. Νομίζω ότι έχετε ένα μη πρωτότυπο συμβούλιο, και το κινεζικό αντίγραφο, όπως και το δικό μου, και χιλιάδες άλλους λάτρεις των ηλεκτρονικών. Αυτό σημαίνει ότι η ποιότητα κατασκευής τέτοιων συσκευών είναι αρκετά διαφορετική ανάλογα με την συγκεκριμένη περίπτωση.

Οι σταθμοί συγκόλλησης και τα ρυθμιζόμενα θερμικά σταθεροποιημένα σίδερα συγκόλλησης γίνονται ολοένα και περισσότερο μέρος της καθημερινής ζωής και των εργαλείων των δασκάλων του σπιτιού, αλλά εδώ δεν είναι τόσο απλό.

Θα δώσω το παράδειγμά μου από τη ζωή. Έχω κολλήσει για περίπου 10 χρόνια, άρχισα με το συνηθισμένο EPSN, και πριν από δύο χρόνια πήρα σταθμό συγκόλλησης. Αλλά αυτό δεν έγινε εγγύηση ποιότητας εργασίας, ήμουν μόνο πεπεισμένος ότι η βασική απαίτηση είναι η εμπειρία και τα υλικά ποιότητας.

Αγόρασα σε ένα κατάστημα υλικού μια συγκόλληση σε μια σπείρα με ροή, όχι μόνο ότι δεν υπήρχε κολοφώνιο, αλλά κάτι που μύριζε σαν να κολλάει οξύ, αλλά δεν ήταν ξεκάθαρο πώς ήταν συγκολλημένο. Κατέβηκε σε νιφάδες, δεν εξαπλώθηκε, είχε ένα γκρι χρώμα και δεν λάμπει αφού λειώσει. Οι ρυθμίσεις σταθμού ήταν οι ίδιες όπως πάντα, αλλά οι ρυθμίσεις δεν έδωσαν αποτελέσματα.

Αγόρασα το χαρτόνι σε μια μη συναρμολογημένη μορφή, ήταν απαραίτητο μόνο να κολλήσω τις λωρίδες επαφής στα καθίσματα τους, τόσο εύκολο όσο τα αχλάδια, σκέφτηκα και "γκρίνω" τα ίχνη.

Η άκρη του συγκολλητικού σιδήρου ήταν παχιά, υπήρχε αρκετή θερμική ικανότητα για συγκόλληση, αλλά το συγκολλητικό υλικό δεν θέλησε να εξαπλωθεί και η πρόσθετη πάστα πράσινης ροής δεν βοήθησε, ως αποτέλεσμα, τα κομμάτια άφησαν τον πίνακα από υπερθέρμανση.

Το διοικητικό συμβούλιο ήταν καινούργιο - δεν το ανέβασα δέκα σκίτσα. Ο μικροελεγκτής επέζησε, αλλά τα ίχνη απομακρύνθηκαν και έσπασαν. Το όφελος, καθώς και η αίσθηση του πίνακα, παραμένει, η συγκόλληση απευθείας στα πόδια του atmega στο arduino nano είναι άβολη και όχι γρήγορη. Ως αποτέλεσμα, έριξα μερικές εκατοντάδες ρούβλια στον άνεμο, και θα μπορούσα να αγοράσω το αποδεδειγμένο συγκολλητικό POS-61 και όλα θα ήταν καλά.

Συμπεράσματα:

Συγκολλήστε με ένα κανονικό συγκολλητικό σίδερο - αυτός είναι ένας συγκολλητικός σίδηρος που δεν έχει το δυναμικό φάσης στο άκρο (ελέγχεται δείκτη) και η ισχύς του δεν υπερβαίνει τα 25-40 Watt. Συγκολλήστε με κανονική συγκόλληση και ροή. Μη χρησιμοποιείτε οξέα (ενεργή ροή) και μην υπερθερμαίνετε τα κομμάτια.

Σημειώσεις: αν σκοπεύετε να αντικαταστήσετε τον μικροελεγκτή, αν είναι καλύτερα να το κάνετε στην περίπτωση SMD με στεγνωτήρα μαλλιών, και δεύτερον, μην το κολλήσετε για πολύ καιρό (περισσότερο από 10-15 δευτερόλεπτα), αφήστε το να κρυώσει και τοποθετήστε τον ψύκτη στη μέση όταν κολλήσετε με στεγνωτήρα μαλλιών περιπτώσεις με τη μορφή νομίσματος ή μικρού ψυγείου.

Πώς να χειριστείτε το board Arduino;

Τα πρωτότυπα μοντέλα και πολλοί κλώνοι κατασκευάζονται από υλικά με επαρκή αντοχή. Οι σανίδες καλύπτονται με προστατευτικό στρώμα, οι τροχιές είναι ομοιόμορφες και βρίσκονται με βεβαιότητα στον παχύ τετολίτη.

Οι άκρες των μικρότερων στοιχείων χαράσσονται αρκετά ποιοτικά. Όλα αυτά σας επιτρέπουν να ανεχτείτε πολύ σοβαρές κρίσεις και πτώσεις, μικρές στροφές και δονήσεις. Εντούτοις, συμβαίνουν περιπτώσεις συγκόλλησης εν ψυχρώ και μη συγκόλλησης.

Οι κραδασμοί και οι κραδασμοί μπορούν να οδηγήσουν σε απώλεια της επαφής, οπότε μπορείτε να περπατήσετε με ένα συγκολλητικό σίδερο ή να θερμάνετε τη σανίδα με στεγνωτήρα μαλλιών, προσέξτε και μην σπάσετε τα εξαρτήματα SMD.

Ο πίνακας αναφέρεται στην υγρασία, όπως κάθε ηλεκτρολογικό υλικό - αρνητικά. Εάν σκοπεύετε να χρησιμοποιήσετε τη συσκευή στο δρόμο - φροντίστε να αγοράσετε σφραγισμένους συνδετήρες και περιβλήματα, διαφορετικά μπορεί να υπάρχουν καταστρεπτικές συνέπειες:

1. Εσφαλμένη ανάγνωση του σήματος από τους αναλογικούς αισθητήρες.

2. Ψευδείς θετικές;

3. Βραχυκύκλωμα των ακίδων μεταξύ τους και προς το έδαφος (δείτε την αρχή του άρθρου).

Το οξείδιο που σχηματίζεται από την εργασία σε υγρό περιβάλλον μπορεί να προκαλέσει τα ίδια αποτελέσματα με την ίδια την υγρασία, προστίθεται μόνο η πιθανότητα απώλειας επαφής, κάμψης στοιχείων και διαδρομών.

Συμπεράσματα

Η σειρά Arduino δεν είναι διαφορετική από οποιαδήποτε άλλη ηλεκτρονική, είναι επίσης "φοβισμένη" από υπερφόρτωση, βραχυκύκλωμα, νερό και σοκ. Δεν θα συναντήσετε ιδιαίτερες λεπτομέρειες όταν εργάζεστε με αυτό.

Ωστόσο, να είστε προσεκτικοί όταν συνδέετε νέους αισθητήρες και άλλα πρόσθετα στοιχεία, είναι καλύτερο να καλέσετε ξανά ή να ελέγξετε την αγορά με άλλο τρόπο. Συμβαίνει ότι οι περιφερειακές πλακέτες κυκλώματος μπορεί να αποδειχθούν βραχυκυκλωμένες, επειδή ποτέ δεν ξέρετε τι να περιμένετε από τους κινέζους ομολόγους σας.