Як не спалити Ардуіно – поради для початківців

Мікроконтролери – це, в першу чергу, прилади для управління, контролю та обробки даних, але ніяк не для роботи в силових ланцюгах. Хоч і сучасні чіпи досить розвинені в плані наявності різних захистів від випадкових ушкоджень по електричній частині, але все ж небезпеки підстерігають початківця радіоаматора на кожному кроці.

Як безпечно працювати з Ардуіно? Це головне питання статті. Розглянемо як електричні небезпеки для мікроконтролера, так і для всієї плати і її компонентів в цілому, а також шкідливі фактори механічного походження.

Як спалити мікроконтролер?

Про внутрішній устрій мікроконтролерів можна написати книгу, тому розглянемо тільки основні моменти, на які потрібно звертати увагу при роботі. Мікроконтролери чутливі, як до струмів, так і до напруженням. Аварійні режими роботи припустимі лише короткочасно, або неприпустимі взагалі.

Я постараюся розглядати ситуації з реальними умовами і чіпами. Давайте спиратися на datasheet Atmega328. Це поширений мікроконтролер, зустрічається майже у всіх платах arduino, в ранніх версіях використовували 168, його основна відмінність полягала вдвічі меншому обсязі пам’яті.

1. Напруга харчування повинно бути в нормі!

Відомі мені моделі мікроконтролерів працюють від постійної напруги (DC), При цьому напруга живлення може варіюватися в межах допустимого. У технічній документації на 328 атмегу вказано діапазон живлячих напруг від 1.8 до 5.5 Вольт. При цьому від напруги залежить швидкість роботи, але це тонкощі, які впливають на вибір робочої частоти і логічних рівнів.

У ланцюгах харчування інтегральних мікросхем зазвичай встановлений стабілітрон, для захисту входу короткочасних стрибків, але стабілітрони не розраховані на гасіння сплесків високої потужності і тривалої роботи в неправильних умовах.

висновок:

Не перевищуйте напруга живлення мікроконтролера, якщо збираєтеся запускати його від батарей або джерела, як стабілізації якого ви не впевнені – краще встановіть додатковий лінійний або LDO-стабілізатор.

Для «смерті» мікроконтролера часом досить і половини вольта. Додатковий фільтруючий конденсатор електролітичного типу до сотні мкФ, в парі з керамічним в пару сотень нФ тільки поліпшать надійність роботи схеми.

Ардуіно:

На оригінальних, а також на більшості клонів Nano, Uno встановлені лінійні стабілізатори, тому можна подавати живлення або на призначені для цього Піни, або через USB-порт. Не більше 15 В.

ВАЖЛИВО:

Пін з назвою «5V» призначений тільки для підключення до постійного джерела на п’ять вольт, що не більше, цей пін безпосередньо підключається до ніжки VСС самого мікроконтролера, тоді як Vin – на платі йде через лінійний стабілізатор до мікроконтролеру.

І полярність теж

На платі не передбачено захисту від зворотного напруги, тому в разі помилки ви ризикуєте її спалити. Щоб цього уникнути встановіть діод послідовно з входом з харчування катодом до плати (пін Vin).

2. Не замикатися Піни

Виробник встановив рекомендований струм через пін мікроконтролера, не більше 30 мА. При напрузі живлення в 5 Вольт, це означає, що потрібно підключати незнайому (нову) навантаження, через резистор не менше 200 Ом, що встановить максимальний струм в 25 мА. Я думаю, це не зовсім зрозуміло звучить. «Замкнути» і «Перегрузить» слова різні, але описують один і той, же процес.

Коротке замикання – це стан коли між висновком з високим потенціалом і виведенням з низьким потенціалом встановлена ​​навантаження, опір якої близько до 0. Реальним еквівалентом такого навантаження служить крапля припою, шматок дроту і інші проводять струм матеріали, що з’єднують плюсовій контакт з мінусовим.

Коли пін встановлений в логічну одиницю або «high», напруга щодо загального проводу на ньому 5 В (3.3 або будь-яке інше, рівень якого прийнято за логічну одиницю). Якщо його замкнути на «землю», на платі Ардуіно вона може позначатися, як «gnd», що протікає струм буде прагнути до нескінченності.

Всередині мікроконтролера за вихідні рівні 0 або 1 відповідають внутрішні транзистори і навантажувальні резистори, вони від великого струму просто згорять. Швидше за все, чіп продовжить функціонувати, але ось цей пін немає.

Рішення:

Висновок Vin також не можна замикати на gnd, хоч він і не належить до мікроконтролеру, але доріжки плати можуть згоріти і доведеться їх відновлювати. З метою безпеки не полінуйтеся, і подавайте харчування через запобіжник розрахований на струм 0.5 А.

ВАЖЛИВО:

У технічній документації на 328-ю атмегу чітко позначено, що ЗАГАЛЬНИЙ ток через ВСЕ Піни не повинен перевищувати 200 мА.

3. Не перевищуй логічні рівні!

пояснення:

Якщо на мікроконтроллреа як логічної одиниці обраний рівень 5 В, то і датчик, кнопка або інший мікроконтролер повинен посилати сигнал з таким же напругою.

Якщо ви подасте напруга рівнем вище 5.5 Вольт – пін згорить. Усередині встановлені обмежувальні елементи, типу стабілітронів, але при їх спрацьовуванні струми починають рости пропорційно прикладеному вольтажу. Навіть не намагайтеся подавати змінну за знаком напругу, а вже тим більше мережеве – 220 В.

Ось як виглядає функціональна схема виведення мікроконтролера. Елементи (діоди і ємність) потрібні для захисту від електростатичного заряду, т.зв. «ESD-protection», вони здатні захищати чіп від короткочасних сплесків напруги, але не тривалого.

Примітка: перевищення навіть на половину секунди вважається тривалим.

Як захистити входи?

Встановіть на них параметричні стабілізатори. Схематично це стабілітрон з напругою стабілізації близько 5 Вольт, його ставлять між висновком і мінусом (gnd), а послідовно нього резистор. Пін підключають в точку між опором і стабілітроном. При напрузі вище 5 Вольт останній відкриється і почне пропускати струм, на резисторі «залишиться» зайву напругу, а на вході воно зафіксується на рівні 5-5.1 В.

4. Не навантажуйте стабілізатор

Якщо ви вирішите живити навантаження від Піна 5V – можете спалити лінійний стабілізатор, ця шина живить мікроконтролерів і розрахована на нього, однак, пару маленьких сервомоторчіков він витримає.

Також не можна підключати джерело зовнішньої напруги до цієї ніжці, стабілізатор не має захисту від зворотного напруги. Щоб живити додаткові виконавчі пристрої беріть напруга від зовнішнього джерела живлення.

підсумки

Запам’ятайте ці чотири розділи, і ви забезпечите свою Arduino від помилок.

Техніка безпеки для мікроелектроніки

У цьому розділі ми поговоримо про те, як правильно працювати з платою, від етапу зборки, до етапу експлуатації вашої розумної системи. Почнемо з монтажних робіт.

Чи можна паяти до плати Ардуіно елементи?

Звичайно так, але не все так просто. Я думаю, що у вас неоригінальна плата, а китайська копія, як і у мене, і у тисяч інших любителів електроніки. Це означає, що якість виготовлення таких пристроїв досить сильно відрізняється в залежності від конкретного екземпляра.

Паяльні станції і регульовані термостабілізірованниє паяльники все щільніше входять в побут і інструментарій домашніх майстрів, однак тут не все так просто.

Наведу свій приклад з життя. Паяю я вже років 10, починав зі звичних «ЕПСН», а два роки тому обзавівся паяльною станцією. Але це не стало запорукою якісної роботи, я тільки переконався, що основна вимога – це досвід і якісні матеріали.

Я купив в господарському магазині припій в спіралі з флюсом, мало того, що там була каніфоль, а щось по запаху нагадує паяльну кислоту, так він і паялся не зрозуміло як. Лягав пластівцями, не розтікався, мав сірий колір і не блищав після розплаву. Налаштування станції були такі, як і завжди, але і регулювання не дали результатів.

Я купив плату в розібраному вигляді, потрібно було тільки припаяти контактні планки на їх посадочні місця, простіше простого, подумав я і «погриз» доріжки.

Жало на паяльнику було товстим, теплоємності для пропайки вистачало, але припій ніяк не хотів розтікатися, а додаткова зелена флюс-паста не допомагала, в результаті від перегріву від плати відійшли доріжки.

Плата була новою – я на неї і десяти скетч не додавав. Мікроконтролер залишився в живих, але доріжки відійшли і порвалися. Користі, як і сенсу від плати не залишилося, паяти безпосередньо до ніжок атмегі на Ардуіно нано – незручно і не оперативно. Як результат – викинув на вітер пару сотень гривень, а міг купити перевірений припій «ПОС-61» і все було б чудово.

висновки:

Паяйте нормальним паяльником – це такий паяльник, у якого немає потенціалу фази на жалі (перевіряється індикатором), а його потужність не перевищує 25-40 Вт. Паяйте нормальним припоєм і флюсом. Не використовуйте кислотами (активним флюсом) і не перегрівайте доріжки.

Примітки: якщо зібралися замінити мікроконтролер, по-перше, якщо він в SMD-корпусі краще зробити це феном, а по-друге, не паяйте його занадто довго (понад 10-15 секунд), давайте охолонути, а при пайку феном можна покласти тепловідвід на середину корпусу у вигляді монетки або малого радіатора.

Як поводитися з платою Ардуіно?

Оригінальні моделі і багато клони виготовлені з матеріалів достатньої міцності. Плати покриті захисним шаром, доріжки рівні і лежать на товстому текстоліті впевнено.

Краї найдрібніших елементів витравлені досить якісно. Все це дозволяє переносити досить серйозні удари і падіння, незначні вигини і вібрації. Проте випадки холодної пайки і непропая трапляються.

Вібрація і удари може привести до втрати контакту, в такому випадку можна пройтися паяльником або прогріти плату феном, будьте обережні, і не сдуйте SMD-компоненти.

До вологи плата відноситься, як і будь-яке електроустаткування – негативно. Якщо ви плануєте експлуатувати прилад на вулиці – подбайте про покупку герметичних роз’ємів і корпусів інакше можуть бути плачевні наслідки:

1. Неправильне читання сигналу з аналогових датчиків.

2. Помилкові спрацьовування;

3. Короткі замикання пинов між собою і на землю (див. Початок статті).

Оксид, що утворився від роботи у вологому середовищі, може викликати такі ж наслідки, як і сама волога, тільки додається ще і ймовірність втрати контакту, отгніванія елементів і доріжок.

висновки

Лінійка плат Arduino нічим не відрізняється від будь-якої іншої електроніки, вона також «боїться» перевантажень, замикань, води і ударів. Особливих тонкощів при роботі з нею ви не зустрінете.

Однак будьте уважні при підключенні нових датчиків і інших додаткових елементів, краще зайвий раз продзвонити або іншим способом перевірте покупку. Трапляється, що «закороченими» можуть виявитися плати периферійних пристроїв, адже ніколи не знаєш чого чекати від китайських побратимів.

Олексій Бартош

Ссылка на основную публикацию