Come non bruciare Arduino: consigli per i principianti

I microcontrollori sono, innanzitutto, dispositivi per il controllo, il monitoraggio e l'elaborazione dei dati, ma non per il lavoro nei circuiti di potenza. Sebbene i chip moderni siano abbastanza sviluppati in termini di presenza di varie protezioni contro i danni accidentali nella parte elettrica, tuttavia, ci sono pericoli che attendono un radioamatore principiante ad ogni passo.

Come lavorare in sicurezza con Arduino? Questa è la domanda principale dell'articolo. Considerare sia i rischi elettrici per il microcontrollore, sia per l'intera scheda e i suoi componenti nel loro insieme, nonché fattori dannosi di origine meccanica.

Come masterizzare un microcontrollore?

Puoi scrivere un libro sulla struttura interna dei microcontrollori, quindi considereremo solo i punti principali a cui devi prestare attenzione quando lavori. I microcontrollori sono sensibili sia alle correnti che alle tensioni. Le modalità operative di emergenza sono consentite solo per un breve periodo o sono inaccettabili in generale.

Proverò a considerare le situazioni con condizioni e chip reali. Facciamo affidamento sul foglio dati Atmega328. È comune microcontrollore, trovato in quasi tutte le schede Arduino, 168 erano utilizzate nelle prime versioni, la sua differenza principale era la metà della dimensione della memoria.

1. La tensione di alimentazione deve essere normale!

I modelli di microcontrollore che conosco sono alimentati da tensione costante (CC), mentre la tensione di alimentazione può variare entro l'intervallo accettabile. Nella documentazione tecnica per 328 atmega, è indicata la gamma di tensioni di alimentazione da 1,8 a 5,5 Volt. Allo stesso tempo, la velocità di lavoro dipende dalla tensione, ma si tratta di sottigliezze che influenzano la scelta della frequenza operativa e dei livelli logici.

I diodi Zener sono generalmente installati nei circuiti di potenza dei circuiti integrati per proteggere l'ingresso di sovratensioni a breve termine, ma i diodi Zener non sono progettati per sopprimere esplosioni ad alta potenza e un funzionamento prolungato in condizioni errate.

conclusione:

Non superare la tensione di alimentazione del microcontrollore se si intende eseguirlo da batterie o da una fonte di cui non si è sicuri sulla stabilizzazione: è meglio installare un ulteriore stabilizzatore lineare o LDO.

Per la "morte" del microcontrollore, a volte basta anche mezzo volt. addizionale condensatore con filtro elettrolitico fino a centinaia di microfarad, accoppiate con ceramica in un paio di centinaia di nF, miglioreranno solo l'affidabilità del circuito.

Arduino:

Sia sull'originale che sulla maggior parte dei cloni Nano, Uno sono installati stabilizzatori lineari, quindi è possibile fornire alimentazione ai pin designati o tramite una porta USB. Non più di 15 V.

IMPORTANTE:

Il pin con il nome "5V" è destinato solo al collegamento a una sorgente stabilizzata di cinque volt, non più, questo pin è direttamente collegato alla gamba Vcc del microcontrollore stesso, mentre Vin - sulla scheda passa attraverso lo stabilizzatore lineare al microcontrollore.

E anche la polarità

Non esiste una protezione di tensione inversa sulla scheda, quindi, in caso di errore, si rischia di bruciarla. Per evitare ciò, installare il diodo in serie con l'ingresso di potenza del catodo sulla scheda (pin Vin).

2. Non cortocircuitare i piedini

Il produttore imposta la corrente consigliata attraverso il pin del microcontrollore, non più di 30 mA. Con una tensione di alimentazione di 5 volt, ciò significa che è necessario collegare un carico (nuovo) sconosciuto tramite un resistore di almeno 200 ohm, che imposterà la corrente massima su 25 mA. Penso che non sembri molto chiaro. Le parole "Chiudi" e "Sovraccarico" sono diverse, ma descrivono lo stesso processo.

Corto circuito È uno stato in cui è installato un carico tra un terminale con un potenziale elevato e un terminale con un potenziale basso, la cui resistenza è vicina a 0.Il vero equivalente di un tale carico è una goccia di saldatura, un pezzo di filo e altri materiali conduttori di corrente che collegano il contatto positivo a quello negativo.

Quando il pin è impostato su un'unità logica o "alta", la tensione relativa al filo comune su di esso è di 5 V (3,3 o qualsiasi altro, il cui livello è preso come unità logica). Se è cortocircuitato a "terra", sulla scheda arduino può essere designato come "gnd", la corrente che scorre tenderà all'infinito.

All'interno del microcontrollore, i transistor interni e le resistenze di carico sono responsabili dei livelli di uscita 0 o 1, semplicemente si consumano da una grande corrente. Molto probabilmente, il chip continuerà a funzionare, ma questo pin non lo è.

soluzione:

Inoltre, l'output di Vin non può essere abbreviato in gnd, sebbene non appartenga al microcontrollore, ma le tracce della scheda potrebbero esaurirsi e dovranno essere ripristinate. Per motivi di sicurezza, non essere pigro e fornire energia attraverso un fusibile valutato per una corrente di 0,5 A.

IMPORTANTE:

La documentazione tecnica per la 328a atmega indica chiaramente che la corrente TOTALE attraverso TUTTI i pin non deve superare i 200 mA.

3. Non superare i livelli logici!

spiegazione:

Se il livello di 5 V è selezionato come unità logica sul microcontrollore, il sensore, il pulsante o un altro microcontrollore devono inviare un segnale con la stessa tensione.

Se si applica una tensione superiore a 5,5 volt, il pin brucerà. Gli elementi restrittivi, come i diodi zener, sono installati all'interno, ma quando vengono attivati, le correnti iniziano a crescere in proporzione alla tensione applicata. Non provare nemmeno a fornire una tensione alternata in segno, e ancora di più una tensione di rete di 220 V.

Ecco come appare il diagramma funzionale di uscita del microcontrollore. Gli elementi (diodi e capacità) sono necessari per proteggere dall'elettrostatica, il cosiddetto "Protezione ESD", sono in grado di proteggere il chip da picchi di tensione CORTI, ma non per molto.

Nota: superare anche mezzo secondo è considerato lungo.

Come proteggere gli ingressi?

Installare stabilizzatori parametrici su di essi. Schematicamente, questo è un diodo zener con una tensione di stabilizzazione di circa 5 volt, è posto tra l'uscita e il meno (gnd), e in serie con esso è un resistore. Il pin è collegato al punto tra la resistenza e il diodo zener. A una tensione superiore a 5 Volt, quest'ultima si apre e inizia a passare la corrente, la tensione in eccesso "rimane" sulla resistenza e all'ingresso verrà fissata a 5-5,1 V.

4. Non caricare lo stabilizzatore

Se decidi di alimentare il carico dal pin 5V, puoi bruciare uno stabilizzatore lineare, questo bus alimenta il MICROCONTROLLER ed è progettato per esso, tuttavia può resistere a un paio di piccoli servomotori.

Inoltre, non è possibile collegare una fonte di tensione esterna a questa gamba, lo stabilizzatore non ha una protezione di tensione inversa. Per alimentare attuatori aggiuntivi prendere tensione da una fonte di alimentazione esterna.

risultati

Ricorda queste quattro sezioni e proteggerai il tuo Arduino da errori.

Precauzioni di sicurezza per la microelettronica

In questa sezione parleremo di come lavorare correttamente con la scheda, dalla fase di assemblaggio alla fase operativa del tuo sistema intelligente. Cominciamo con il lavoro di installazione.

È possibile saldare elementi su una scheda arduino?

Certo che sì, ma non così semplice. Penso che tu abbia una scheda non originale e la copia cinese, come la mia, e migliaia di altri amanti dell'elettronica. Ciò significa che la qualità di produzione di tali dispositivi è piuttosto diversa a seconda dell'istanza specifica.

Stazioni di saldatura e saldatori termostabilizzati regolabili stanno diventando sempre più parte della vita quotidiana e degli strumenti dei padroni di casa, ma qui non è così semplice.

Darò il mio esempio dalla vita. Ho saldato per circa 10 anni, ho iniziato con il solito EPSN e due anni fa ho ottenuto stazione di saldatura. Ma questo non è diventato la chiave per un lavoro di qualità, mi sono solo convinto che il requisito di base è esperienza e materiali di qualità.

Ho comprato in un negozio di ferramenta una saldatura a spirale con un flusso, non solo che non c'era colofonia, ma qualcosa che puzzava di acido per saldatura, ma non era chiaro come fosse saldato. Si sdraiò in scaglie, non si diffuse, aveva un colore grigio e non brillava dopo lo scioglimento. Le impostazioni della stazione erano le stesse di sempre, ma le regolazioni non davano risultati.

Ho comprato la tavola in una forma non assemblata, era solo necessario saldare le strisce di contatto ai loro posti, facili come le pere che sgranocchiavano, ho pensato e "rosicchiato" le tracce.

La punta del saldatore era spessa, c'era abbastanza capacità termica per la saldatura, ma la saldatura non voleva diffondersi e la pasta di flusso verde aggiuntiva non ha aiutato, di conseguenza, i binari hanno lasciato la scheda dal surriscaldamento.

La scheda era nuova: non ho caricato dieci schizzi su di essa. Il microcontrollore è sopravvissuto, ma i binari si sono allontanati e si sono rotti. Il vantaggio, oltre al senso della tavola, rimane, saldare direttamente alle gambe dell'atmega sull'arduino nano è scomodo e non rapido. Di conseguenza, ho gettato un paio di centinaia di rubli nel vento e ho potuto acquistare la collaudata saldatura POS-61 e tutto sarebbe andato bene.

conclusioni:

Saldatura con un normale saldatore - questo è un saldatore che non ha il potenziale di fase sulla punta (controllato indicatore) e la sua potenza non supera i 25-40 watt. Saldatura con saldatura normale e flusso. Non usare acidi (flusso attivo) e non surriscaldare le tracce.

Osservazioni: se hai intenzione di sostituire il microcontrollore, in primo luogo, se è meglio farlo nella custodia SMD con un asciugacapelli, e in secondo luogo, non saldarlo troppo a lungo (più di 10-15 secondi), lascialo raffreddare e puoi mettere il dissipatore di calore al centro quando si salda con un asciugacapelli astucci a forma di moneta o piccolo radiatore.

Come gestire la scheda Arduino?

I modelli originali e molti cloni sono realizzati con materiali sufficientemente resistenti. Le schede sono coperte da uno strato protettivo, le tracce sono uniformi e si adagiano con sicurezza sulla spessa textolite.

I bordi degli elementi più piccoli sono incisi in modo abbastanza qualitativo. Tutto ciò consente di tollerare urti e cadute piuttosto gravi, curve e vibrazioni minori. Tuttavia, si verificano casi di saldatura a freddo e non saldatura.

Le vibrazioni e gli urti possono portare alla perdita di contatto, nel qual caso è possibile camminare con un saldatore o riscaldare la scheda con un asciugacapelli, fare attenzione e non scaricare i componenti SMD.

La scheda si riferisce all'umidità, come qualsiasi apparecchiatura elettrica, negativamente. Se si prevede di utilizzare il dispositivo in strada, assicurarsi di acquistare connettori e alloggiamenti sigillati, altrimenti potrebbero verificarsi conseguenze disastrose:

1. Lettura errata del segnale dai sensori analogici.

2. Falsi positivi;

3. Cortocircuiti dei pin tra loro e verso terra (vedere l'inizio dell'articolo).

L'ossido formato dal lavoro in un ambiente umido può causare gli stessi effetti dell'umidità stessa, viene aggiunta solo la probabilità di perdita di contatto, flessione di elementi e tracce.

risultati

La linea di schede Arduino non è diversa da qualsiasi altra elettronica, è anche "spaventata" da sovraccarichi, cortocircuiti, acqua e urti. Non ci si imbatte in particolari sottigliezze quando ci si lavora.

Tuttavia, fai attenzione quando colleghi nuovi sensori e altri elementi aggiuntivi, è meglio suonare di nuovo o controllare l'acquisto in un altro modo. Succede che i circuiti periferici potrebbero risultare in corto circuito, perché non sai mai cosa aspettarti dalle tue controparti cinesi.