Наши автомобили давно уже стали не просто средством передвижения, а целым комплексным решением сложных и порой высокопроизводительных систем имеющих косвенное отношение к передвижению. Это и мультимедиа отвечающие за развлечения и комфорт в салоне, и устройства улучшающие визуализацию сигнальных световых огней, и устройства воспроизводящие различные звуковые информационные сигналы, и датчики, а также другие опции. Таким образом, мы прежде хотим охарактеризовать и упомянуть микроконтроллеры и микроэлектронные устройства работающих на наше благо. При этом такие устройства могут добавляться в наш автомобиль по мере наших пожеланий и возможностей. Одним из таких устройств, своеобразных игрушек и помощников стала Ардуино.
Что такое Ардуино и зачем оно в автомобиле
Вначале давайте о том, что такое Ардиуино, ведь наверное еще не все знают к чему такая вещь в автомобиле. Надо сказать, без какой-то доли иронии, что это практически готовое функциональное устройство, которое можно настроить путем заливки в нее программы и тем самым заложить определенные полезные функции. Скажем мигающий стоп-сигнал по вашему алгоритму или ленивый поворотник или обеспечить индикацию и воспроизведение (звук, свет) срабатывания датчиков. Да нам фантазии не хватит перечислить все то, что можно сделать с этим девайсом. Если кратко, то вы задаете какие-то условия для реализации определенных действий, а вот мозгами обеспечивающими такую работу будет Ардуино. Так что если у вас есть логические задачи, которые вы хотели бы решать в автомобиле, то доверьте это все вашему маленькому помощнику. Однако, как и все ассистенты, так и наш Ардуино хочет кушать. А питается он электричеством от бортовой сети автомобиля. При этом логика Ардуино работает от 5 и 3,3 вольт. Конечно, штатно в Ардуино стоит стабилизатор напряжения, но его может не хватить для того, чтобы обеспечить должную мощность для питания. Именно поэтому следующий абзац как раз и будет посвящен снижению напряжения для подключения Ардуино.
Какое напряжение питание необходимо Ардуино в автомобиле
Итак, теперь о самом главном, о чем собственно и была написана наша статья. Да, конечно, можно было бы просто направить читателя на страничку «Как преобразовать 12 вольт в 5 вольт на машине», да и забыть про все… Однако раз уж мы взвалили этот груз на свои плечи, то давайте продолжим все же в тематическом ключе.
Если взглянуть в технические характеристики Ардуино то можно найти информацию о том, что Ардуино UNO питается от 9 вольт. На самом деле такое завышенное напряжение вполне оправдано, ведь если подать на Ардуино сразу 5 вольт, то его может не хватить. Все дело в том, что на плате у Ардуино есть свои стабилизаторы напряжения, а они тоже имеют какой-то КПД. В итоге если подать номинальное рабочее напряжение, то после них оно будет уже ниже номинального из-за собственного сопротивления стабилизаторов. Опять же если подать 12-14 вольт, то этого будет уже многовато. Ведь стабилизаторы, как правило, выполнены в корпусе SOT-223, а в таком корпусе рассеиваемая мощность у стабилизаторов 1117 серии всего-то 0,8 Вт. Давайте прикинем. Если подключить нагрузку эквивалентную 8-10 светодиодам, то это будет порядка 100 мА. В итоге на штатных стабилизаторах упадет от 7 до 9 вольт. Получается 0,1*9=0,9 Вт. То есть в этом случае микросхема – стабилизатор уже потребует радиатора, которого априори нет в Ардуино. Вот ту мы и приходим к выводу об оптимальном питании в 7-9 вольт. А дальше Ардуино сама из этого напряжения получит то, что ей надо. Теперь о том, как получить такое напряжение.
Питание (подключение) Ардуино к машине (преобразователи)
Начнем мы с абсурдного, но быть может с того, что кому-то может прийти в голову! При питании Ардуино сразу отказываемся от сопротивлений подключенных последовательно и снижающих напряжение. При этом не важно, что они мощные и способны рассеивать нужную мощность. Все дело в том что Ардуино может в разные промежутки времени потреблять разную мощность, а значит токоограничивающее сопротивление должно изменяться, что невозможно при обычном статическом, так его назовем, сопротивлении!
Итак, мы должны иметь динамически изменяющуюся составляющую в питании микроконтроллера. Здесь самое время обратиться к микросхемам – стабилизаторам. Скажем LM7809, 7808 способны выдавать ток до 1,5 А и снижать напряжение. Давайте и здесь прикинем. 14-9=5. 5 вольт надо погасить стабилизатору. Пусть потребляемый ток 150 мА. В итоге 0,15*5=0,75 Вт надо рассеять будет на корпусе ТО-220. Ну что сказать, все вполне жизненно и реально. Часть тепла рассеется на внешнем стабилизаторе, а часть на штатном. Опять же повторимся, что не следует брать 7805, так как это будет слишком низкое питание для Ардуино, да к тому же еще и рассеиваемая мощность на таком стабилизаторе подлетит в два раза, то есть надо будет наверняка ставить радиатор.
(Подключение 7809 и 7805 аналогично)
Ну, и если шагать в ногу со временем, то быть может стоит обратить внимание на ШИМ питание. Широко импульсная модуляция это когда напряжение выдается на нагрузку не постоянно, а импульсами. При этом на нагрузке как бы остается среднее значение от суммарного значения импульсов. В конце концов перерывы между этими импульсами позволяют сэкономить на энергозатратах при питании и не требуют элементов для рассеивания тепла – радиаторов. Единственное ШИМ несколько дороже чем просто микросхемы-стабилизаторы, да и собирать своими руками такую схему вряд ли кто станет. Проще купить готовый блок, но повторимся это более прогрессивно.
Подводя итог…
Что же, в принципе здесь уже можно подвести итог. Если у вас возникла необходимость подключения Ардуино к бортовой сети автомобиля, то самым лучшим вариантоы будет применение модуля ШИМ, при этом с рабочим напряжением 7-9 вольт. Все остальное ардуино сделает сама. Модули на 5 вольт и микросхемы стабилизаторы на то же самое напряжения не рекомендуются, так как из-за потерь питание может быть ниже номинального.