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Wie man Arduino nicht verbrennt - Tipps für Anfänger

 

Mikrocontroller sind in erster Linie Geräte zum Steuern, Steuern und Verarbeiten von Daten, jedoch nicht zum Arbeiten in Stromkreisen. Obwohl moderne Chips hinsichtlich des Vorhandenseins verschiedener Schutzmaßnahmen gegen versehentliche Beschädigung des elektrischen Teils ziemlich entwickelt sind, gibt es bei jedem Schritt Gefahren, die auf einen Anfänger-Funkamateur warten.

Wie arbeite ich sicher mit Arduino? Dies ist die Hauptfrage des Artikels. Berücksichtigen Sie sowohl elektrische Gefahren für den Mikrocontroller als auch für die gesamte Platine und ihre Komponenten insgesamt sowie schädliche Faktoren mechanischen Ursprungs.

Wie man kein Arduino verbrennt - Tipps für Anfänger

Wie brenne ich einen Mikrocontroller?

Sie können ein Buch über die interne Struktur von Mikrocontrollern schreiben, sodass wir nur die wichtigsten Punkte berücksichtigen, auf die Sie bei der Arbeit achten müssen. Mikrocontroller reagieren sowohl auf Ströme als auch auf Spannungen. Notbetriebsarten sind nur für kurze Zeit zulässig oder generell nicht akzeptabel.

Ich werde versuchen, Situationen mit realen Bedingungen und Chips zu betrachten. Verlassen wir uns auf das Datenblatt Atmega328. Es ist üblich Mikrocontroller, in fast allen Arduino-Boards gefunden, wurden 168 in frühen Versionen verwendet, sein Hauptunterschied war die Hälfte der Speichergröße.


1. Die Versorgungsspannung muss normal sein!

Die mir bekannten Mikrocontrollermodelle werden mit konstanter Spannung (DC) betrieben, während die Versorgungsspannung innerhalb des akzeptablen Bereichs variieren kann. In der technischen Dokumentation für 328 atmega ist der Bereich der Versorgungsspannungen von 1,8 bis 5,5 Volt angegeben. Gleichzeitig hängt die Arbeitsgeschwindigkeit von der Spannung ab. Dies sind jedoch Feinheiten, die sich auf die Wahl der Betriebsfrequenz und der logischen Pegel auswirken.

Zenerdioden werden normalerweise in den Stromkreisen integrierter Schaltkreise installiert, um den Eingang von Kurzzeitstößen zu schützen. Die Zenerdioden sind jedoch nicht dafür ausgelegt, Hochleistungsstöße und längeren Betrieb unter den falschen Bedingungen zu unterdrücken.


Fazit:

Überschreiten Sie nicht die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers, wenn Sie ihn mit Batterien oder einer Quelle betreiben möchten, bei deren Stabilisierung Sie sich nicht sicher sind. Es ist besser, einen zusätzlichen Linear- oder LDO-Stabilisator zu installieren.

Für den "Tod" des Mikrocontrollers reicht manchmal sogar ein halbes Volt. Zusätzlich Elektrolytfilterkondensator Bis zu Hunderte von Mikrofarad, gepaart mit Keramik in ein paar hundert nFs, verbessern nur die Zuverlässigkeit der Schaltung.

Arduino uno

Arduino:

Sowohl auf dem Original als auch auf den meisten Klonen Nano, Uno Es sind lineare Stabilisatoren installiert, sodass Sie die vorgesehenen Pins oder über einen USB-Anschluss mit Strom versorgen können. Nicht mehr als 15 V.


WICHTIG:

Der Pin mit dem Namen „5V“ ist nur zum Anschluss an eine stabilisierte Quelle von fünf Volt vorgesehen, nicht mehr, dieser Pin ist direkt mit dem Vcc-Zweig des Mikrocontrollers selbst verbunden, während Vin - auf der Platine über den Linearstabilisator zum Mikrocontroller geht.


Und die Polarität auch

Die Platine bietet keinen Schutz gegen Sperrspannung. Im Falle eines Fehlers besteht die Gefahr, dass Sie sie verbrennen. Um dies zu vermeiden, installieren Sie die Diode in Reihe mit dem Kathodenleistungseingang auf der Platine (Pin Vin).


2. Schließen Sie die Stifte nicht kurz

Der Hersteller stellt den empfohlenen Strom über den Pin des Mikrocontrollers auf nicht mehr als 30 mA ein. Bei einer Versorgungsspannung von 5 Volt bedeutet dies, dass Sie eine unbekannte (neue) Last über einen Widerstand von mindestens 200 Ohm anschließen müssen, wodurch der maximale Strom auf 25 mA eingestellt wird. Ich denke, es klingt nicht sehr klar. Die Wörter "Schließen" und "Überladen" sind unterschiedlich, beschreiben jedoch denselben Prozess.


Kurzschluss Ist ein Zustand, in dem eine Last zwischen einer Klemme mit hohem Potential und einer Klemme mit niedrigem Potential installiert wird, deren Widerstand nahe bei 0 liegt.Das wirkliche Äquivalent einer solchen Last ist ein Tropfen Lot, ein Stück Draht und andere stromleitende Materialien, die den positiven mit dem negativen Kontakt verbinden.

Kurzschluss

Wenn der Pin auf eine logische Einheit oder "hoch" eingestellt ist, beträgt die Spannung relativ zum gemeinsamen Draht 5 V (3,3 oder eine andere, deren Pegel als logische Einheit angenommen wird). Wenn es mit "Masse" kurzgeschlossen ist, kann es auf der Arduino-Platine als "gnd" bezeichnet werden, der fließende Strom tendiert gegen unendlich.

Innerhalb des Mikrocontrollers sind interne Transistoren und Lastwiderstände für die Ausgangspegel 0 oder 1 verantwortlich, sie brennen einfach aus einem großen Strom aus. Höchstwahrscheinlich funktioniert der Chip weiterhin, dieser Pin jedoch nicht.


Lösung:

Der Ausgang von Vin kann auch nicht mit gnd kurzgeschlossen werden, obwohl er nicht zum Mikrocontroller gehört, aber die Platinenbahnen können durchbrennen und müssen wiederhergestellt werden. Seien Sie aus Sicherheitsgründen nicht faul und versorgen Sie die Stromversorgung über eine Sicherung mit einem Nennstrom von 0,5 A.


WICHTIG:

Aus der technischen Dokumentation für die 328. Atmosphäre geht eindeutig hervor, dass der GESAMTstrom durch ALLE Pins 200 mA nicht überschreiten sollte.

3. Logikpegel nicht überschreiten!


Erklärung:

Wenn der Pegel von 5 V als logische Einheit am Mikrocontroller ausgewählt ist, muss der Sensor, die Taste oder ein anderer Mikrocontroller ein Signal mit derselben Spannung senden.

Wenn Sie eine Spannung über 5,5 Volt anlegen, brennt der Stift. Im Inneren sind einschränkende Elemente wie Zenerdioden installiert, aber wenn sie ausgelöst werden, beginnen die Ströme proportional zur angelegten Spannung zu wachsen. Versuchen Sie nicht einmal, eine Spannung mit wechselndem Vorzeichen und noch mehr eine Netzspannung von 220 V zu liefern.

Funktionsdiagramm des Ausgangs des Mikrocontrollers

Hier ist das Funktionsdiagramm des Ausgangs des Mikrocontrollers. Zum Schutz vor Elektrostatik werden sogenannte Elemente (Dioden und Kapazität) benötigt "ESD-Schutz", sie können den Chip vor kurzen Spannungsspitzen schützen, aber nicht lange.


Hinweis: Das Überschreiten einer halben Sekunde wird als lang angesehen.





Wie schütze ich Eingänge?

Installieren Sie parametrische Stabilisatoren. Schematisch ist dies eine Zenerdiode mit einer Stabilisierungsspannung von etwa 5 Volt, die zwischen dem Ausgang und dem Minus (gnd) angeordnet ist und in Reihe dazu ein Widerstand ist. Der Pin ist mit dem Punkt zwischen dem Widerstand und der Zenerdiode verbunden. Bei einer Spannung über 5 Volt öffnet sich diese und beginnt, Strom zu leiten, die Überspannung "bleibt" am Widerstand und wird am Eingang auf den Pegel von 5-5,1 V festgelegt.

Eingangsschutz

4. Laden Sie den Stabilisator nicht

Wenn Sie sich entscheiden, die Last über den 5-V-Pin mit Strom zu versorgen, können Sie einen linearen Stabilisator verbrennen. Dieser Bus versorgt den MICROCONTROLLER mit Strom und ist dafür ausgelegt. Er kann jedoch einigen kleinen Servomotoren standhalten.

Sie können auch keine externe Spannungsquelle an dieses Bein anschließen. Der Stabilisator verfügt nicht über einen Sperrspannungsschutz. Zusätzliche Aktuatoren mit Strom versorgen Nehmen Sie die Spannung von einer externen Stromquelle.


Zusammenfassung

Denken Sie an diese vier Abschnitte, und Sie werden Ihr Arduino vor Fehlern schützen.

Arduino-Schaltungen

Sicherheitsvorkehrungen für die Mikroelektronik

In diesem Abschnitt erfahren Sie, wie Sie mit der Platine richtig arbeiten, von der Montagephase bis zur Betriebsphase Ihres Smart-Systems. Beginnen wir mit der Installation.


Ist es möglich, Elemente auf eine Arduino-Platine zu löten?

Natürlich ja, aber nicht so einfach. Ich denke, Sie haben ein nicht originales Board und die chinesische Kopie, wie meine, und Tausende anderer Elektronikliebhaber. Dies bedeutet, dass die Herstellungsqualität solcher Geräte je nach Instanz sehr unterschiedlich ist.

Lötstationen und einstellbare thermostabilisierte Lötkolben gehören immer mehr zum Alltag und zu den Werkzeugen von Heimmeistern, aber hier ist es nicht so einfach.

Ich werde mein Beispiel aus dem Leben geben. Ich habe ungefähr 10 Jahre lang gelötet, ich habe mit dem üblichen EPSN angefangen und vor zwei Jahren habe ich bekommen Lötstation. Dies wurde jedoch nicht zum Schlüssel für Qualitätsarbeit, sondern ich war nur davon überzeugt, dass die Grundvoraussetzung Erfahrung und hochwertige Materialien sind.

Ich kaufte Lötmittel in einer Spirale mit einem Flussmittel in einem Baumarkt, nicht nur, dass es kein Kolophonium gab, sondern auch etwas, das nach Lötsäure roch, aber es war nicht klar, wie es gelötet wurde. Er legte sich in Flocken, breitete sich nicht aus, hatte eine graue Farbe und leuchtete nach dem Schmelzen nicht. Die Stationseinstellungen waren die gleichen wie immer, aber die Anpassungen ergaben keine Ergebnisse.

Ich kaufte das Brett in nicht zusammengebauter Form, es war nur notwendig, die Kontaktstreifen an ihre Sitze zu löten, so einfach wie das Schälen von Birnen, dachte ich und "biss" die Schienen.

Die Lötkolbenspitze war dick, es gab genügend Wärmekapazität zum Löten, aber das Lot wollte sich nicht ausbreiten, und die zusätzliche grüne Flussmittelpaste half nicht, da die Spuren die Platine vor Überhitzung bewahrten.

Das Board war neu - ich habe keine zehn Skizzen hochgeladen. Der Mikrocontroller überlebte, aber die Spuren bewegten sich und brachen. Der Vorteil sowie der Sinn des Boards bleiben bestehen. Das direkte Löten an den Beinen der Atmosphäre des Arduino Nano ist unpraktisch und nicht schnell. Infolgedessen warf ich ein paar hundert Rubel in den Wind, und ich konnte das bewährte POS-61-Lot kaufen, und alles wäre in Ordnung.


Schlussfolgerungen:

Löten mit einem normalen Lötkolben - Dies ist ein Lötkolben, der nicht das Phasenpotential an der Spitze hat (geprüft) Anzeige) und seine Leistung überschreitet 25-40 Watt nicht. Löten Sie mit normalem Lot und Flussmittel. Verwenden Sie keine Säuren (aktives Flussmittel) und überhitzen Sie die Spuren nicht.


Anmerkungen: Wenn Sie den Mikrocontroller austauschen möchten, erstens, wenn es besser ist, ihn im SMD-Gehäuse zu einem Haartrockner zu machen, und zweitens, wenn Sie ihn nicht zu lange (länger als 10-15 Sekunden) löten, lassen Sie ihn abkühlen, und Sie können den Kühlkörper beim Löten mit einem Haartrockner in die Mitte stellen Fälle in Form einer Münze oder eines kleinen Heizkörpers.

Arbeite mit Arduino

Wie gehe ich mit Arduino Board um?

Originalmodelle und viele Klone bestehen aus Materialien mit ausreichender Festigkeit. Die Bretter sind mit einer Schutzschicht bedeckt, die Schienen sind eben und liegen sicher auf dem dicken Textolithen.

Die Kanten der kleinsten Elemente sind qualitativ qualitativ geätzt. All dies ermöglicht es Ihnen, ziemlich schwere Stöße und Stürze, kleinere Biegungen und Vibrationen zu tolerieren. Es treten jedoch Fälle von Kaltlöten und Nichtlöten auf.

Vibrationen und Stöße können zu Kontaktverlust führen. In diesem Fall können Sie mit einem Lötkolben gehen oder die Platine mit einem Haartrockner erhitzen. Seien Sie vorsichtig und blasen Sie die SMD-Komponenten nicht ab.

Die Platine bezieht sich wie alle elektrischen Geräte auf Feuchtigkeit - negativ. Wenn Sie das Gerät auf der Straße betreiben möchten, achten Sie darauf, abgedichtete Steckverbinder und Gehäuse zu kaufen, da dies sonst katastrophale Folgen haben kann:

1. Falsches Ablesen des Signals von den analogen Sensoren.

2. False Positives;

3. Kurzschlüsse der Stifte untereinander und zur Erde (siehe Artikelanfang).

Das Oxid, das beim Arbeiten in einer feuchten Umgebung entsteht, kann die gleichen Auswirkungen haben wie die Feuchtigkeit selbst, nur die Wahrscheinlichkeit von Kontaktverlust, Biegung von Elementen und Spuren wird hinzugefügt.


Schlussfolgerungen

Die Reihe der Arduino-Boards unterscheidet sich nicht von anderen elektronischen Geräten, sie hat auch „Angst“ vor Überlastungen, Kurzschlüssen, Wasser und Stößen. Sie werden keine besonderen Feinheiten feststellen, wenn Sie damit arbeiten.

Seien Sie jedoch vorsichtig, wenn Sie neue Sensoren und andere zusätzliche Elemente anschließen. Es ist besser, erneut zu klingeln oder den Kauf auf andere Weise zu überprüfen. Es kommt vor, dass sich Peripherieplatinen als kurzgeschlossen herausstellen, weil Sie nie wissen, was Sie von Ihren chinesischen Kollegen erwarten können.

Siehe auch auf i.electricianexp.com:

  • So überprüfen Sie den Mikrocontroller auf Wartungsfreundlichkeit
  • Funktionen zum Anschließen von Geräten an Arduino
  • So verwalten Sie eine 220-Volt-Last sicher mit Arduino
  • Anschließen und Programmieren von Arduino für Anfänger
  • Welches Arduino Board soll man wählen?

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