Jak nie palić Arduino - wskazówki dla początkujących

Mikrokontrolery to przede wszystkim urządzenia do kontroli, monitorowania i przetwarzania danych, ale nie do pracy w obwodach energetycznych. Chociaż współczesne układy scalone są dość rozwinięte pod względem obecności różnych zabezpieczeń przed przypadkowym uszkodzeniem w części elektrycznej, niemniej jednak na każdym kroku czekają na początku amatorzy radia.

Jak bezpiecznie pracować z arduino? To jest główne pytanie tego artykułu. Weź pod uwagę zarówno zagrożenia elektryczne dla mikrokontrolera, jak i całej płyty i jej elementów jako całości, a także szkodliwe czynniki pochodzenia mechanicznego.

Jak spalić mikrokontroler?

Możesz napisać książkę o wewnętrznej strukturze mikrokontrolerów, więc rozważymy tylko główne punkty, na które musisz zwrócić uwagę podczas pracy. Mikrokontrolery są wrażliwe zarówno na prądy, jak i napięcia. Awaryjne tryby pracy są dopuszczalne tylko przez krótki czas lub ogólnie są niedopuszczalne.

Spróbuję rozważyć sytuacje z prawdziwymi warunkami i żetonami. Polegajmy na arkuszu danych Atmega328. To jest powszechne mikrokontroler, znalezione w prawie wszystkich płytach Arduino, 168 były używane we wczesnych wersjach, jego główna różnica wynosiła połowę wielkości pamięci.

1. Napięcie zasilania musi być normalne!

Modele mikrokontrolera, które znam, są zasilane stałym napięciem (DC), podczas gdy napięcie zasilania może zmieniać się w dopuszczalnym zakresie. W dokumentacji technicznej dla 328 atmega podano zakres napięć zasilania od 1,8 do 5,5 wolta. Jednocześnie prędkość pracy zależy od napięcia, ale są to subtelności, które wpływają na wybór częstotliwości roboczej i poziomów logicznych.

Diody Zenera są zwykle instalowane w obwodach mocy układów scalonych w celu ochrony wejścia krótkoterminowych skoków napięcia, ale diody Zenera nie są zaprojektowane do tłumienia impulsów dużej mocy i długotrwałej pracy w niewłaściwych warunkach.

Wniosek:

Nie przekraczaj napięcia zasilania mikrokontrolera, jeśli zamierzasz zasilać go z baterii lub źródła, którego nie jesteś pewny co do stabilizacji - lepiej jest zainstalować dodatkowy stabilizator liniowy lub LDO.

Do „śmierci” mikrokontrolera wystarczy czasem nawet pół wolta. Dodatkowe kondensator z filtrem elektrolitycznym nawet setki mikrofaradów w połączeniu z ceramiką w kilkuset nFs tylko poprawią niezawodność obwodu.

Arduino:

Na oryginale, a także na większości klonów Nano, Uno zainstalowane są stabilizatory liniowe, dzięki czemu można zasilać wyznaczone styki lub port USB. Nie więcej niż 15 V.

WAŻNE:

Pin o nazwie „5V” przeznaczony jest wyłącznie do podłączenia do ustabilizowanego źródła pięciu woltów, nie więcej, ten pin jest bezpośrednio podłączony do nogi Vcc samego mikrokontrolera, podczas gdy Vin - na płycie przechodzi przez stabilizator liniowy do mikrokontrolera.

I też polaryzacja

Płytka nie zapewnia ochrony przed napięciem wstecznym, więc w przypadku błędu ryzykujesz jego spaleniem. Aby tego uniknąć, należy zainstalować diodę szeregowo z wejściem mocy katody na płytkę (pin Vin).

2. Nie zwierać styków

Producent ustawił zalecany prąd na pinie mikrokontrolera, nie większy niż 30 mA. Przy napięciu zasilania 5 woltów oznacza to, że musisz podłączyć nieznane (nowe) obciążenie przez rezystor o mocy co najmniej 200 omów, który ustawi maksymalny prąd na 25 mA. Myślę, że to nie brzmi bardzo wyraźnie. Słowa „Zamknij” i „Przeciążenie” są różne, ale opisują ten sam proces.

Zwarcie Jest stanem, w którym obciążenie jest instalowane między terminalem o wysokim potencjale a terminalem o niskim potencjale, którego rezystancja jest bliska 0.Prawdziwym odpowiednikiem takiego obciążenia jest kropla lutu, kawałek drutu i inne materiały przewodzące prąd łączące styk dodatni z ujemny.

Gdy pin jest ustawiony na jednostkę logiczną lub „wysoki”, napięcie w stosunku do wspólnego przewodu na nim wynosi 5 V (3,3 lub jakikolwiek inny, którego poziom jest traktowany jako jednostka logiczna). Jeśli jest zwarte do „masy”, na płycie arduino można go oznaczyć jako „gnd”, płynący prąd będzie miał tendencję do nieskończoności.

Wewnątrz mikrokontrolera wewnętrzne tranzystory i rezystory obciążeniowe odpowiadają za poziomy wyjściowe 0 lub 1, po prostu wypalają się z dużego prądu. Najprawdopodobniej układ nadal będzie działał, ale ten pin nie jest.

Rozwiązanie:

Wyjście Vin również nie może być zwarte do gnd, chociaż nie należy ono do mikrokontrolera, ale ścieżki płyty mogą się wypalić i trzeba będzie je przywrócić. Ze względów bezpieczeństwa nie bądź leniwy i zasilaj go bezpiecznikiem o prądzie znamionowym 0,5 A.

WAŻNE:

Dokumentacja techniczna dla 328 atmega wyraźnie wskazuje, że CAŁKOWITY prąd przez WSZYSTKIE piny nie powinien przekraczać 200 mA.

3. Nie przekraczaj poziomów logicznych!

Objaśnienie:

Jeśli poziom 5 V zostanie wybrany jako jednostka logiczna mikrokontrolera, czujnik, przycisk lub inny mikrokontroler musi wysłać sygnał o tym samym napięciu.

Jeśli przyłożysz napięcie powyżej 5,5 wolta, pin się pali. Elementy ograniczające, takie jak diody Zenera, są instalowane wewnątrz, ale po ich uruchomieniu prądy zaczynają rosnąć proporcjonalnie do przyłożonego napięcia. Nawet nie próbuj podawać napięcia przemiennego w znaku, a tym bardziej napięcia sieciowego 220 V.

Oto schemat funkcjonalny wyjścia mikrokontrolera. Elementy (diody i pojemność) są potrzebne do ochrony przed elektrostatyką, tzw „Zabezpieczenie przed wyładowaniami elektrostatycznymi”, są w stanie zabezpieczyć układ przed SKRÓCONYMI skokami napięcia, ale nie długo.

Uwaga: przekroczenie nawet pół sekundy uważane jest za długie.

Jak chronić wejścia?

Zainstaluj na nich stabilizatory parametryczne. Schematycznie jest to dioda Zenera o napięciu stabilizacyjnym około 5 woltów, jest umieszczona między wyjściem a minusem (gnd), a szeregowo z nią jest rezystor. Kołek jest podłączony do punktu między rezystancją a diodą Zenera. Przy napięciu powyżej 5 woltów ten ostatni otwiera się i zaczyna przepuszczać prąd, nad rezystorem pozostaje nadwyżka napięcia, a na wejściu zostanie ustalona na 5–5,1 V.

4. Nie ładuj stabilizatora

Jeśli zdecydujesz się zasilić obciążenie z pinu 5V, możesz spalić stabilizator liniowy, ta magistrala zasila MICROCONTROLLER i jest do niego zaprojektowana, jednak może wytrzymać kilka małych serwomotorów.

Nie można również podłączyć zewnętrznego źródła napięcia do tej nogi, stabilizator nie ma zabezpieczenia przed odwróceniem napięcia. Do zasilania dodatkowych siłowników pobierać napięcie z zewnętrznego źródła zasilania.

Podsumowanie

Zapamiętaj te cztery sekcje, a będziesz chronić swoje Arduino przed błędami.

Środki ostrożności dotyczące mikroelektroniki

W tej sekcji porozmawiamy o tym, jak poprawnie pracować z płytą, od fazy montażu do fazy operacyjnej inteligentnego systemu. Zacznijmy od prac instalacyjnych.

Czy można wlutować elementy do tablicy arduino?

Oczywiście tak, ale nie takie proste. Myślę, że masz nieoryginalną płytkę, a chińska kopia, podobnie jak moja, i tysiące innych miłośników elektroniki. Oznacza to, że jakość produkcji takich urządzeń różni się w zależności od konkretnego przypadku.

Stacje lutownicze i regulowane termostabilizowane lutownice stają się coraz bardziej częścią życia i narzędzi domowych mistrzów, ale tutaj nie jest to takie proste.

Podam mój przykład z życia. Lutuję od około 10 lat, zacząłem od zwykłego EPSN, a dwa lata temu dostałem stacja lutownicza. Ale to nie stało się gwarancją jakości pracy, byłem tylko przekonany, że podstawowym wymogiem jest doświadczenie i materiały wysokiej jakości.

Kupiłem w sklepie z narzędziami spiralny lut z topnikiem, nie tylko, że nie było kalafonii, ale coś, co pachniało kwasem lutowniczym, ale nie było jasne, jak to się lutuje. Leżał w płatkach, nie rozprzestrzeniał się, miał szary kolor i nie świecił po stopieniu. Ustawienia stacji były takie same jak zawsze, ale korekty nie dały rezultatów.

Kupiłem płytkę w niezmontowanej formie, wystarczyło tylko przylutować paski stykowe do ich siedzeń, tak proste jak łuskanie gruszek, pomyślałem i „przygryzłem” gąsienice.

Grot lutownicy był gruby, była wystarczająca pojemność cieplna do lutowania, ale lut nie chciał się rozprzestrzeniać, a dodatkowa pasta z zielonego topnika nie pomogła, w wyniku czego tory opuściły płytę przed przegrzaniem.

Tablica była nowa - nie przesłałem do niej dziesięciu szkiców. Mikrokontroler przetrwał, ale tory odsunęły się i pękły. Korzyść, podobnie jak wyczucie deski, pozostaje, przylutowanie bezpośrednio do nóg atmega na arduino nano jest niewygodne i nie szybkie. W rezultacie rzuciłem kilkaset rubli na wiatr i mogłem kupić sprawdzony lut POS-61 i wszystko będzie dobrze.

Wnioski:

Lut z normalnym lutownicą - jest to lutownica, która nie ma potencjału fazowego na grocie (zaznaczone) wskaźnik), a jego moc nie przekracza 25–40 watów. Lut z normalnym lutem i topnikiem. Nie używaj kwasów (aktywny strumień) i nie przegrzewaj ścieżek.

Uwagi: jeśli zamierzasz wymienić mikrokontroler, po pierwsze, jeśli lepiej jest zrobić suszarkę do włosów w etui SMD, a po drugie, nie lutuj go zbyt długo (dłużej niż 10-15 sekund), pozwól mu ostygnąć, a możesz umieścić radiator na środku podczas lutowania z suszarką do włosów walizki w postaci monety lub małego grzejnika.

Jak obsługiwać tablicę Arduino?

Oryginalne modele i wiele klonów wykonano z materiałów o wystarczającej wytrzymałości. Deski są pokryte warstwą ochronną, ścieżki są równe i pewnie leżą na grubym textolicie.

Krawędzie najmniejszych elementów są wytrawione dość jakościowo. Wszystko to pozwala tolerować dość poważne wstrząsy i upadki, niewielkie zgięcia i wibracje. Zdarzają się jednak przypadki lutowania na zimno i braku lutowania.

Wibracje i wstrząsy mogą prowadzić do utraty kontaktu, w takim przypadku możesz chodzić lutownicą lub ogrzewać płytę suszarką do włosów, bądź ostrożny i nie zdmuchuj elementów SMD.

Tablica odnosi się do wilgoci, jak każdy sprzęt elektryczny - negatywnie. Jeśli planujesz korzystać z urządzenia na ulicy - zadbaj o zakup uszczelnionych złączy i obudów, w przeciwnym razie mogą wystąpić katastrofalne konsekwencje:

1. Niepoprawny odczyt sygnału z czujników analogowych.

2. Fałszywie pozytywne;

3. Zwarcia styków między sobą a ziemią (patrz początek artykułu).

Tlenek powstały w wyniku pracy w wilgotnym środowisku może wywoływać takie same skutki jak sama wilgoć, z tym że dodaje się jedynie prawdopodobieństwo utraty kontaktu, zginania elementów i ścieżek.

Wnioski

Linia płytek Arduino nie różni się niczym od żadnej innej elektroniki, bo „boi się” przeciążeń, zwarć, wody i wstrząsów. Podczas pracy nie spotkasz specjalnych subtelności.

Należy jednak zachować ostrożność przy podłączaniu nowych czujników i innych dodatkowych elementów, lepiej ponownie zadzwonić lub sprawdzić zakup w inny sposób. Zdarza się, że płytki obwodów peryferyjnych mogą być zwarte, ponieważ nigdy nie wiesz, czego oczekiwać od swoich chińskich odpowiedników.