Cómo no quemar Arduino - consejos para principiantes

Los microcontroladores son, en primer lugar, dispositivos para control, monitoreo y procesamiento de datos, pero no para el trabajo en circuitos de alimentación. Aunque los chips modernos están bastante desarrollados en términos de la presencia de varias protecciones contra daños accidentales en la parte eléctrica, sin embargo, hay peligros a la espera de un radioaficionado principiante en cada paso.

¿Cómo trabajar de forma segura con arduino? Esta es la pregunta principal del artículo. Considere tanto los peligros eléctricos para el microcontrolador, como para toda la placa y sus componentes en su conjunto, así como los factores nocivos de origen mecánico.

¿Cómo quemar un microcontrolador?

Puede escribir un libro sobre la estructura interna de los microcontroladores, por lo que solo consideraremos los puntos principales a los que debe prestar atención cuando trabaje. Los microcontroladores son sensibles tanto a las corrientes como a los voltajes. Los modos de operación de emergencia son permisibles solo por un corto tiempo, o son inaceptables en general.

Trataré de considerar situaciones con condiciones reales y astillas. Confiemos en la hoja de datos Atmega328. Es comun microcontrolador, encontrado en casi todas las placas arduino, 168 se utilizaron en versiones anteriores, su principal diferencia era la mitad del tamaño de la memoria.

1. ¡La tensión de alimentación debe ser normal!

Los modelos de microcontroladores que conozco están alimentados por voltaje constante (CC), mientras que el voltaje de suministro puede variar dentro del rango aceptable. En la documentación técnica para 328 atmega, se indica el rango de voltajes de suministro de 1.8 a 5.5 voltios. En este caso, la velocidad del trabajo depende del voltaje, pero estas son sutilezas que afectan la elección de la frecuencia de operación y los niveles lógicos.

Los diodos Zener generalmente se instalan en los circuitos de alimentación de los circuitos integrados para proteger la entrada de sobretensiones a corto plazo, pero los diodos zener no están diseñados para suprimir explosiones de alta potencia y funcionamiento prolongado en condiciones incorrectas.

Conclusión

No exceda el voltaje de la fuente de alimentación del microcontrolador si tiene la intención de hacerlo funcionar con baterías o una fuente que no está seguro de estabilizar; es mejor instalar un estabilizador lineal o LDO adicional.

Para la "muerte" del microcontrolador, a veces incluso medio volt es suficiente. Adicional condensador de filtro electrolítico Hasta cientos de microfaradios, combinados con cerámica en un par de cientos de nF solo mejorarán la confiabilidad del circuito.

Arduino

Tanto en el original como en la mayoría de los clones Nano, Uno Se instalan estabilizadores lineales, por lo que puede suministrar energía a los pines destinados a esto, oa través de un puerto USB. No más de 15 V.

IMPORTANTE

El pin con el nombre "5V" está diseñado solo para conectarse a una fuente estabilizada de cinco voltios, no más, este pin está conectado directamente a la pata Vcc del microcontrolador, mientras que Vin - en el tablero pasa a través del estabilizador lineal al microcontrolador.

Y polaridad también

No hay protección de voltaje inverso en el tablero, por lo tanto, en caso de error, corre el riesgo de quemarlo. Para evitar esto, instale el diodo en serie con la entrada de alimentación del cátodo a la placa (pin Vin).

2. No corto los pines

El fabricante estableció la corriente recomendada a través del pin del microcontrolador, no más de 30 mA. Con un voltaje de suministro de 5 voltios, esto significa que necesita conectar una carga (nueva) desconocida a través de una resistencia de al menos 200 ohmios, que establecerá la corriente máxima en 25 mA. Creo que no suena muy claro. Las palabras "Cerrar" y "Sobrecarga" son diferentes, pero describen el mismo proceso.

Cortocircuito Es un estado cuando se instala una carga entre un terminal con un potencial alto y un terminal con un potencial bajo, cuya resistencia es cercana a 0.El equivalente real de dicha carga es una gota de soldadura, un trozo de alambre y otros materiales conductores de corriente que conectan el contacto positivo con el negativo.

Cuando el pin se establece en una unidad lógica o "alta", el voltaje relativo al cable común en él es de 5 V (3.3 o cualquier otro, cuyo nivel se toma como una unidad lógica). Si se cortocircuita a "tierra", en la placa arduino se puede designar como "gnd", la corriente que fluye tenderá al infinito.

Dentro del microcontrolador, los transistores internos y las resistencias de carga son responsables de los niveles de salida 0 o 1, simplemente se queman por una gran corriente. Lo más probable es que el chip continúe funcionando, pero este pin no lo es.

Solución:

La salida de Vin tampoco se puede acortar a gnd, aunque no pertenece al microcontrolador, pero las pistas de la placa pueden quemarse y deberán restaurarse. Por razones de seguridad, no sea perezoso y aplique energía a través de un fusible de 0.5 A.

IMPORTANTE

La documentación técnica para la 328ª atmega indica claramente que la corriente TOTAL a través de TODOS los pines no debe exceder los 200 mA.

3. ¡No exceda los niveles lógicos!

Explicación

Si se selecciona el nivel de 5 V como la unidad lógica en el microcontrolador, entonces el sensor, botón u otro microcontrolador debe enviar una señal con el mismo voltaje.

Si aplica un voltaje por encima de 5,5 voltios, el pin se quemará. Los elementos restrictivos, como los diodos zener, se instalan en el interior, pero cuando se activan, las corrientes comienzan a crecer en proporción al voltaje aplicado. Ni siquiera intente suministrar un voltaje de señal alterna, y más aún un voltaje de red de 220 V.

Aquí está el diagrama funcional de la salida del microcontrolador. Se necesitan elementos (diodos y capacitancia) para proteger contra la electrostática, los llamados "Protección ESD", son capaces de proteger el chip de sobretensiones CORTA, pero no por mucho tiempo.

Nota: exceder incluso medio segundo se considera largo.

¿Cómo proteger las entradas?

Instalar estabilizadores paramétricos en ellos. Esquemáticamente, este es un diodo zener con un voltaje de estabilización de aproximadamente 5 voltios, se coloca entre la salida y el signo menos (gnd), y en serie es una resistencia. El pin está conectado al punto entre la resistencia y el diodo zener. A un voltaje superior a 5 voltios, este último se abre y comienza a pasar corriente, el exceso de voltaje "permanece" en la resistencia, y en la entrada se fijará en 5-5.1 V.

4. No cargue el estabilizador

Si decide alimentar la carga desde el pin de 5V, puede quemar un estabilizador lineal, este bus alimenta el MICROCONTROLADOR y está diseñado para ello, sin embargo, puede soportar un par de pequeños servomotores.

Además, no puede conectar una fuente de voltaje externa a esta pata, el estabilizador no tiene protección de voltaje inverso. Para alimentar actuadores adicionales tomar voltaje de una fuente de alimentación externa.

Resumen

Recuerde estas cuatro secciones y protegerá su Arduino de los errores.

Precauciones de seguridad para microelectrónica.

En esta sección, hablaremos sobre cómo trabajar correctamente con la placa, desde la fase de ensamblaje hasta la fase operativa de su sistema inteligente. Comencemos con el trabajo de instalación.

¿Es posible soldar elementos a una placa arduino?

Por supuesto que sí, pero no es tan simple. Creo que tiene una placa no original, y la copia china, como la mía, y miles de otros amantes de la electrónica. Esto significa que la calidad de fabricación de tales dispositivos es bastante diferente dependiendo de la instancia específica.

Las estaciones de soldadura y los soldadores termoestables ajustables se están convirtiendo cada vez más en parte de la vida y las herramientas de los maestros domésticos, pero aquí no es tan simple.

Daré mi ejemplo de la vida. He estado soldando durante unos 10 años, comencé con el EPSN habitual, y hace dos años obtuve estación de soldadura. Pero esto no se convirtió en una garantía de trabajo de calidad, solo estaba convencido de que el requisito básico es la experiencia y los materiales de calidad.

Compré en una ferretería una soldadura en espiral con un fundente, no solo porque no había colofonia, sino algo que olía a ácido de soldadura, pero no estaba claro cómo se soldaba. Se acostó en escamas, no se extendió, tenía un color gris y no brillaba después de derretirse. La configuración de la estación era la misma de siempre, pero los ajustes no dieron resultados.

Compré el tablero sin ensamblar, solo era necesario soldar las tiras de contacto a sus asientos, tan fácil como pelar las peras, pensé y "mordisqueé" las pistas.

La punta del soldador era gruesa, había suficiente capacidad térmica para soldar, pero la soldadura no quería extenderse, y la pasta de flujo verde adicional no ayudó, como resultado, las pistas dejaron la placa sobrecalentada.

El tablero era nuevo: no le subí diez bocetos. El microcontrolador sobrevivió, pero las pistas se alejaron y se rompieron. El beneficio, así como el sentido de la placa, permanece, soldar directamente a las patas del atmega en el arduino nano es inconveniente y no es rápido. Como resultado, arrojé un par de cientos de rublos al viento y pude comprar la probada soldadura POS-61 y todo estaría bien.

Conclusiones:

Soldar con un soldador normal: este es un soldador que no tiene el potencial de fase en la punta (verificado indicador), y su potencia no supera los 25-40 vatios. Soldadura con soldadura normal y fundente. No use ácidos (fundente activo) y no sobrecaliente las pistas.

Notas: si va a reemplazar el microcontrolador, en primer lugar, si es mejor hacerlo un secador de pelo en la caja SMD, y en segundo lugar, no lo suelde durante demasiado tiempo (más de 10-15 segundos), déjelo enfriar, y puede colocar el disipador de calor en el medio al soldar con un secador de pelo cajas en forma de una moneda o un pequeño radiador.

¿Cómo manejar la placa Arduino?

Los modelos originales y muchos clones están hechos de materiales de suficiente resistencia. Las tablas están cubiertas con una capa protectora, las pistas son uniformes y descansan con confianza en la gruesa textolita.

Los bordes de los elementos más pequeños están grabados de forma bastante cualitativa. Todo esto le permite tolerar golpes y caídas bastante serios, curvas y vibraciones menores. Sin embargo, se producen casos de soldadura en frío y sin soldadura.

La vibración y los golpes pueden provocar la pérdida de contacto, en cuyo caso puede caminar con un soldador o calentar la placa con un secador de pelo, tenga cuidado y no sople los componentes SMD.

El tablero se refiere a la humedad, como cualquier equipo eléctrico, negativamente. Si planea operar el dispositivo en la calle, asegúrese de comprar conectores sellados y carcasas; de lo contrario, puede haber consecuencias desastrosas:

1. Lectura incorrecta de la señal de los sensores analógicos.

2. falsos positivos;

3. Cortocircuitos de clavijas entre sí y hacia el suelo (consulte el comienzo del artículo).

El óxido formado al trabajar en un ambiente húmedo puede causar los mismos efectos que la humedad misma, solo se agrega la probabilidad de pérdida de contacto, flexión de elementos y pistas.

Conclusiones

La línea de placas Arduino no es diferente de cualquier otra electrónica, también tiene "miedo" a sobrecargas, cortocircuitos, agua y descargas. No encontrarás sutilezas especiales cuando trabajes con él.

Sin embargo, tenga cuidado al conectar nuevos sensores y otros elementos adicionales, es mejor volver a llamar o verificar la compra de otra manera. Sucede que las placas de circuito periférico pueden quedar en cortocircuito, porque nunca se sabe qué esperar de sus contrapartes chinas.