Como não queimar o Arduino - dicas para iniciantes

Os microcontroladores são, antes de tudo, dispositivos para controlar, controlar e processar dados, mas não para trabalhar em circuitos de potência. Embora os chips modernos sejam bastante desenvolvidos em termos da presença de várias proteções contra danos acidentais na parte elétrica, no entanto, existem perigos à espera de um radioamador iniciante a cada passo.

Como trabalhar com segurança com o arduino? Esta é a principal questão do artigo. Considere os riscos elétricos do microcontrolador e de toda a placa e seus componentes como um todo, além de fatores prejudiciais de origem mecânica.

Como gravar um microcontrolador?

Como você pode escrever um livro sobre a estrutura interna dos microcontroladores, consideraremos apenas os principais pontos que você precisa prestar atenção ao trabalhar. Microcontroladores são sensíveis a correntes e tensões. Os modos de operação de emergência são permitidos apenas por um curto período de tempo ou são inaceitáveis ​​em geral.

Vou tentar considerar situações com condições reais e fichas. Vamos confiar na folha de dados Atmega328. É comum microcontrolador, encontrado em quase todas as placas do arduino, 168 foram usados ​​em versões anteriores, sua principal diferença era a metade do tamanho da memória.

1. A tensão de alimentação deve estar normal!

Os modelos de microcontroladores que conheço são alimentados por tensão constante (DC), enquanto a tensão de alimentação pode variar dentro da faixa aceitável. Na documentação técnica do 328 atmega, é indicada a faixa de tensões de alimentação de 1,8 a 5,5 Volts. Nesse caso, a velocidade do trabalho depende da tensão, mas são sutilezas que afetam a escolha da frequência operacional e dos níveis lógicos.

Os diodos Zener geralmente são instalados nos circuitos de potência dos circuitos integrados para proteger a entrada de sobretensões de curto prazo, mas os diodos zener não são projetados para suprimir rajadas de alta potência e operação prolongada em condições incorretas.

Conclusão:

Não exceda a voltagem da fonte de alimentação do microcontrolador se você pretende utilizá-lo a partir de baterias ou de uma fonte que você não tem certeza sobre a estabilização - é melhor instalar um estabilizador linear ou LDO adicional.

Para a "morte" do microcontrolador, às vezes até meio volt é suficiente. Adicionais capacitor de filtro eletrolítico até centenas de microfarads, combinadas com cerâmica em algumas centenas de nFs, apenas melhorarão a confiabilidade do circuito.

Arduino:

No original e na maioria dos clones Nano, Uno estabilizadores lineares estão instalados, para que você possa fornecer energia aos pinos destinados a isso ou por uma porta USB. Não mais que 15 V.

IMPORTANTE:

O pino com o nome “5V” destina-se apenas à conexão a uma fonte estabilizada de cinco volts; não mais, esse pino está diretamente conectado à perna Vcc do próprio microcontrolador, enquanto Vin - na placa passa pelo estabilizador linear ao microcontrolador.

E polaridade também

A placa não oferece proteção contra voltagem reversa; portanto, em caso de erro, você corre o risco de queimar. Para evitar isso, instale o diodo em série com a entrada de energia do cátodo na placa (pino Vin).

2. Não coloque os pinos em curto

O fabricante ajustou a corrente recomendada através do pino do microcontrolador, não superior a 30 mA. Com uma tensão de alimentação de 5 volts, isso significa que você precisa conectar uma carga (nova) desconhecida através de um resistor de pelo menos 200 ohms, que definirá a corrente máxima em 25 mA. Eu acho que não parece muito claro. As palavras "Fechar" e "Sobrecarga" são diferentes, mas descrevem o mesmo processo.

Curto-circuito É um estado em que uma carga é instalada entre um terminal com alto potencial e um terminal com baixo potencial, cuja resistência é próxima de 0.O equivalente real a essa carga é uma gota de solda, um pedaço de fio e outros materiais condutores de corrente que conectam o contato positivo ao negativo.

Quando o pino é definido como uma unidade lógica ou "alta", a tensão relativa ao fio comum é de 5 V (3,3 ou qualquer outro, cujo nível é considerado uma unidade lógica). Se estiver em curto para "aterrar", na placa do arduino, pode ser designado como "gnd", a corrente que flui tenderá ao infinito.

Dentro do microcontrolador, transistores internos e resistores de carga são responsáveis ​​pelos níveis de saída 0 ou 1, eles simplesmente queimam devido a uma grande corrente. Muito provavelmente, o chip continuará funcionando, mas esse pino não está.

Solução:

A saída de Vin também não pode ser reduzida para gnd, embora não pertença ao microcontrolador, mas os trilhos da placa podem queimar e precisarão ser restaurados. Por razões de segurança, não seja preguiçoso e forneça energia através de um fusível classificado para uma corrente de 0,5 A.

IMPORTANTE:

A documentação técnica do 328º atmega indica claramente que a corrente TOTAL através de TODOS os pinos não deve exceder 200 mA.

3. Não exceda os níveis lógicos!

Explicação:

Se o nível de 5 V for selecionado como a unidade lógica no microcontrolador, o sensor, o botão ou outro microcontrolador deverá enviar um sinal com a mesma voltagem.

Se você aplicar uma tensão acima de 5,5 volts, o pino queimará. Elementos restritivos, como diodos zener, são instalados no interior, mas quando acionados, as correntes começam a crescer proporcionalmente à tensão aplicada. Nem tente fornecer uma tensão alternada no sinal e, mais ainda, uma tensão de rede de 220 V.

Aqui está o diagrama funcional da saída do microcontrolador. Elementos (diodos e capacitância) são necessários para proteger contra a eletrostática, os chamados "Proteção ESD", eles são capazes de proteger o chip contra picos de tensão CURTOS, mas não por muito tempo.

Nota: exceder até meio segundo é considerado longo.

Como proteger entradas?

Instale estabilizadores paramétricos neles. Esquematicamente, este é um diodo zener com uma tensão de estabilização de cerca de 5 volts, é colocado entre a saída e menos (gnd) e, em série, é um resistor. O pino é conectado ao ponto entre a resistência e o diodo zener. A uma tensão acima de 5 Volts, o último se abre e começa a passar a corrente, o excesso de tensão "permanece" no resistor e na entrada será fixado em 5-5,1 V.

4. Não carregue o estabilizador

Se você decidir alimentar a carga do pino de 5V, poderá queimar um estabilizador linear, este barramento alimenta o MICROCONTROLADOR e foi projetado para isso, no entanto, pode suportar alguns servomotores pequenos.

Além disso, você não pode conectar uma fonte de tensão externa a essa perna, o estabilizador não possui proteção de tensão reversa. Para alimentar atuadores adicionais tomar tensão de uma fonte de energia externa.

Sumário

Lembre-se destas quatro seções e você protegerá seu Arduino de erros.

Precauções de segurança para microeletrônica

Nesta seção, falaremos sobre como trabalhar corretamente com a placa, desde a fase de montagem até a fase operacional do seu sistema inteligente. Vamos começar com o trabalho de instalação.

É possível soldar elementos em uma placa de arduino?

Claro que sim, mas não tão simples. Eu acho que você tem uma placa não original, e a cópia chinesa, como a minha, e milhares de outros amantes da eletrônica. Isso significa que a qualidade de fabricação desses dispositivos é bem diferente, dependendo da instância específica.

As estações de solda e os ferros de solda termostabilizados ajustáveis ​​estão se tornando cada vez mais parte da vida cotidiana e das ferramentas dos mestres domésticos, mas aqui não é tão simples.

Vou dar o meu exemplo da vida. Estou soldando há cerca de 10 anos, comecei com o EPSN usual e há dois anos recebi estação de solda. Mas isso não se tornou a chave para um trabalho de qualidade, apenas me convenci de que o requisito básico é experiência e materiais de qualidade.

Comprei em uma loja de ferragens uma solda em espiral com um fluxo, não apenas que não havia resina, mas algo que cheirava a ácido de solda, mas não estava claro como ela era soldada. Deitou-se em flocos, não se espalhou, tinha uma cor cinza e não brilhou após derreter. As configurações da estação eram as mesmas de sempre, mas os ajustes não deram resultados.

Eu comprei o quadro de forma desmontada, só era necessário soldar as tiras de contato em seus assentos, tão fáceis quanto descascar peras, pensei e “mordi” as esteiras.

A ponta do ferro de solda era espessa, havia capacidade de calor suficiente para a solda, mas a solda não queria se espalhar e a pasta de fluxo verde adicional não ajudou, como resultado, as faixas deixaram o superaquecimento da placa.

O quadro era novo - não enviei dez esboços para ele. O microcontrolador sobreviveu, mas as faixas se afastaram e quebraram. O benefício, assim como o sentido da placa, permanece: soldar diretamente as pernas do atmega no arduino nano é inconveniente e não é rápido. Como resultado, joguei algumas centenas de rublos no vento e pude comprar a solda POS-61 comprovada e tudo ficaria bem.

Conclusões:

Solda com um ferro de solda normal - este é um ferro de solda que não possui potencial de fase na ponta (verificado indicador) e sua potência não excede 25-40 watts. Solda com solda normal e fluxo. Não use ácidos (fluxo ativo) e não superaqueça as faixas.

Notas: se você for substituir o microcontrolador, primeiro, se for melhor torná-lo um secador de cabelo na caixa SMD e, em segundo lugar, não o solde por muito tempo (mais de 10 a 15 segundos), deixe esfriar e você pode colocar o dissipador de calor no meio ao soldar com um secador de cabelo casos sob a forma de uma moeda ou um pequeno radiador.

Como lidar com a placa Arduino?

Modelos originais e muitos clones são feitos de materiais com resistência suficiente. As pranchas são cobertas com uma camada protetora, as faixas são uniformes e ficam confiantes no grosso textolite.

As arestas dos menores elementos são gravadas de maneira bastante qualitativa. Tudo isso permite que você tolere choques e quedas bastante graves, pequenas dobras e vibrações. No entanto, ocorrem casos de solda a frio e sem solda.

A vibração e o choque podem levar à perda de contato. Nesse caso, você pode andar com um ferro de soldar ou aquecer a placa com um secador de cabelo, tenha cuidado e não expulsar os componentes SMD.

A placa se refere à umidade, como qualquer equipamento elétrico - negativamente. Se você planeja operar o dispositivo na rua - compre conectores e caixas selados, caso contrário, poderá haver conseqüências desastrosas:

1. Leitura incorreta do sinal dos sensores analógicos.

2. falsos positivos;

3. Curto-circuito dos pinos entre si e o solo (consulte o início do artigo).

O óxido formado pelo trabalho em um ambiente úmido pode causar os mesmos efeitos que a própria umidade, apenas a probabilidade de perda de contato, flexão de elementos e faixas é adicionada.

Conclusões

A linha de placas Arduino não é diferente de nenhuma outra eletrônica, também tem "medo" de sobrecargas, curtos-circuitos, água e choques. Você não encontrará sutilezas especiais ao trabalhar com ele.

No entanto, tenha cuidado ao conectar novos sensores e outros elementos adicionais; é melhor tocar novamente ou verificar a compra de outra maneira. Acontece que as placas de circuitos periféricos podem ficar em curto-circuito, porque você nunca sabe o que esperar de seus colegas chineses.