Hoe Arduino niet te branden - tips voor beginners

Microcontrollers zijn in de eerste plaats apparaten voor het besturen, besturen en verwerken van gegevens, maar niet voor het werken in stroomkringen. Hoewel moderne chips behoorlijk ontwikkeld zijn in termen van de aanwezigheid van verschillende beschermingen tegen accidentele schade in het elektrische gedeelte, wachten er bij elke stap toch gevaren op een beginnende radioamateur.

Hoe veilig werken met Arduino? Dit is de hoofdvraag van het artikel. Houd rekening met zowel de elektrische gevaren voor de microcontroller als voor de hele kaart en de componenten als geheel, evenals schadelijke factoren van mechanische oorsprong.

Hoe een microcontroller te branden?

U kunt een boek schrijven over de interne structuur van microcontrollers, dus we zullen alleen de belangrijkste punten overwegen waar u op moet letten tijdens het werken. Microcontrollers zijn gevoelig voor zowel stromen als spanningen. Bedrijfsmodi in noodgevallen zijn slechts korte tijd toegestaan, of zijn over het algemeen onaanvaardbaar.

Ik zal proberen situaties met echte omstandigheden en chips te overwegen. Laten we vertrouwen op de datasheet Atmega328. Het komt vaak voor microcontroller, gevonden in bijna alle Arduino-kaarten, 168 werden gebruikt in vroege versies, het belangrijkste verschil was de helft van de geheugengrootte.

1. Voedingsspanning moet normaal zijn!

De microcontroller-modellen die ik ken worden aangedreven door constante spanning (DC), terwijl de voedingsspanning binnen het acceptabele bereik kan variëren. In de technische documentatie voor 328 atmega wordt het bereik van voedingsspanningen van 1,8 tot 5,5 volt aangegeven. Tegelijkertijd hangt de snelheid van het werk af van de spanning, maar dit zijn subtiliteiten die de keuze van de werkfrequentie en logische niveaus beïnvloeden.

Zenerdiodes worden meestal geïnstalleerd in de stroomkringen van geïntegreerde schakelingen om de invoer van kortstondige stroompieken te beschermen, maar zenerdiodes zijn niet ontworpen om krachtige barsten en langdurige werking in de verkeerde omstandigheden te onderdrukken.

conclusie:

Overschrijd de voedingsspanning van de microcontroller niet als u van plan bent deze te laten werken op batterijen of een bron waarvan u niet zeker weet of deze zich stabiliseert - het is beter om een ​​extra lineaire of LDO-stabilisator te installeren.

Voor de "dood" van de microcontroller is soms een halve volt voldoende. extra elektrolytische filtercondensator tot honderden microfarads, gecombineerd met keramiek in een paar honderd nF's, zal de betrouwbaarheid van het circuit alleen maar verbeteren.

Arduino:

Zowel op het origineel als op de meeste klonen Nano, Uno lineaire stabilisatoren zijn geïnstalleerd, zodat u stroom kunt leveren aan de toegewezen pinnen of via een USB-poort. Niet meer dan 15 V.

BELANGRIJK:

De pin met de naam "5V" is alleen bedoeld voor aansluiting op een gestabiliseerde bron van vijf volt, niet meer, deze pin is rechtstreeks verbonden met de Vcc-poot van de microcontroller zelf, terwijl Vin - op het bord door de lineaire stabilisator naar de microcontroller gaat.

En polariteit ook

Het bord biedt geen bescherming tegen omgekeerde spanning, dus in geval van een fout riskeert u het te verbranden. Om dit te voorkomen, installeert u de diode in serie met de kathodevoeding op de kaart (pin Vin).

2. Sluit de pinnen niet kort

De fabrikant heeft de aanbevolen stroom ingesteld via de pin van de microcontroller, niet meer dan 30 mA. Met een voedingsspanning van 5 volt betekent dit dat u een onbekende (nieuwe) belasting moet aansluiten via een weerstand van minimaal 200 ohm, waardoor de maximale stroom wordt ingesteld op 25 mA. Ik denk dat het niet erg duidelijk klinkt. De woorden "Sluiten" en "Overbelasting" zijn verschillend, maar ze beschrijven hetzelfde proces.

Kortsluiting Is een toestand wanneer een belasting is geïnstalleerd tussen een terminal met een hoog potentiaal en een terminal met een laag potentiaal, waarvan de weerstand bijna 0 is.Het echte equivalent van een dergelijke belasting is een druppel soldeer, een stuk draad en andere stroomgeleidende materialen die het positieve naar negatieve contact verbinden.

Wanneer de pen is ingesteld op een logische eenheid of "hoog", is de spanning ten opzichte van de gemeenschappelijke draad erop 5 V (3,3 of een andere, waarvan het niveau als een logische eenheid wordt genomen). Als het wordt kortgesloten naar "aarde", kan het op het Arduino-bord worden aangeduid als "GND", de stromende stroom neigt naar oneindig.

In de microcontroller zijn interne transistors en belastingsweerstanden verantwoordelijk voor uitgangsniveaus 0 of 1, ze branden eenvoudigweg op van een grote stroom. Hoogstwaarschijnlijk zal de chip blijven functioneren, maar deze pin niet.

oplossing:

De output van Vin kan ook niet worden kortgesloten naar gnd, hoewel het niet tot de microcontroller behoort, maar de bordsporen kunnen doorbranden en moeten worden hersteld. Wees om veiligheidsredenen niet lui en geef stroom door een zekering met een stroomsterkte van 0,5 A.

BELANGRIJK:

De technische documentatie voor de 328e atmega geeft duidelijk aan dat de TOTALE stroom door ALLE pinnen 200 mA niet mag overschrijden.

3. Overschrijd geen logische niveaus!

toelichting:

Als het niveau van 5 V is geselecteerd als de logische eenheid op de microcontroller, moet de sensor, knop of andere microcontroller een signaal verzenden met dezelfde spanning.

Als u een spanning van meer dan 5,5 volt toepast, zal de pen branden. Beperkende elementen, zoals zenerdiodes, worden binnen geïnstalleerd, maar wanneer ze worden geactiveerd, beginnen de stromen te groeien in verhouding tot de aangelegde spanning. Probeer niet eens een spanning afwisselend in teken te leveren en nog meer een netwerkspanning van 220 V.

Hier is het functionele diagram van de output van de microcontroller. Elementen (diodes en capaciteit) zijn nodig om te beschermen tegen elektrostatica, de zogenaamde "ESD-bescherming", ze kunnen de chip beschermen tegen KORTE spanningspieken, maar niet lang.

Opmerking: langer dan een halve seconde wordt als lang beschouwd.

Hoe ingangen te beschermen?

Installeer parametrische stabilisatoren erop. Schematisch is dit een zenerdiode met een stabilisatiespanning van ongeveer 5 volt, deze wordt tussen de uitgang en de min (gnd) geplaatst en in serie daarmee een weerstand. De pin is verbonden met het punt tussen de weerstand en de zenerdiode. Bij een spanning boven 5 Volt opent deze en begint stroom door te laten, overtollige spanning "blijft" op de weerstand en op de ingang zal deze worden vastgesteld op 5-5,1 V.

4. Laad de stabilisator niet

Als u besluit de belasting van de 5V-pin aan te sturen, kunt u een lineaire stabilisator branden, deze bus voedt de MICROCONTROLLER en is daarvoor ontworpen, maar hij kan een paar kleine servomotoren weerstaan.

Ook kunt u geen externe spanningsbron op dit been aansluiten, de stabilisator heeft geen omgekeerde spanningsbeveiliging. Voor extra aandrijvingen neem spanning van een externe stroombron.

uitslagen

Onthoud deze vier secties en u beschermt uw Arduino tegen fouten.

Veiligheidsmaatregelen voor micro-elektronica

In dit gedeelte bespreken we hoe u correct met het bord kunt werken, van de assemblagefase tot de operationele fase van uw slimme systeem. Laten we beginnen met het installatiewerk.

Is het mogelijk om elementen aan een Arduino-bord te solderen?

Natuurlijk wel, maar niet zo eenvoudig. Ik denk dat je een niet-origineel bord hebt, en de Chinese kopie, zoals die van mij, en duizenden andere liefhebbers van elektronica. Dit betekent dat de productiekwaliteit van dergelijke apparaten heel anders is, afhankelijk van de specifieke instantie.

Soldeerstations en instelbare thermostabiele soldeerbouten worden steeds meer onderdeel van het dagelijks leven en gereedschap van huismeesters, maar hier is het niet zo eenvoudig.

Ik zal mijn voorbeeld uit het leven geven. Ik soldeer ongeveer 10 jaar, ik begon met de gebruikelijke EPSN en twee jaar geleden kreeg ik soldeerstation. Maar dit werd niet de sleutel tot kwaliteitswerk, ik raakte er alleen van overtuigd dat de basisvereiste ervaring en kwaliteitsmaterialen zijn.

Ik kocht in een ijzerhandel een soldeer in een spiraal met een vloeimiddel, niet alleen dat er geen hars was, maar iets dat rook naar soldeerzuur, maar het was niet duidelijk hoe het werd gesoldeerd. Hij ging liggen in vlokken, spreidde zich niet uit, had een grijze kleur en glansde niet na het smelten. De stationinstellingen waren hetzelfde als altijd, maar de aanpassingen leverden geen resultaten op.

Ik kocht het bord in een niet-geassembleerde vorm, het was alleen nodig om de contactstrips aan hun stoelen te solderen, net zo gemakkelijk als het afschieten van peren, dacht ik en "knabbelde" aan de tracks.

De punt van de soldeerbout was dik, er was voldoende warmtecapaciteit om te solderen, maar het soldeersel wilde niet verspreiden en de extra groene fluxpasta hielp niet, waardoor de sporen het bord oververhit lieten.

Het bord was nieuw - ik heb er geen tien schetsen naar geüpload. De microcontroller overleefde, maar de sporen bewogen en braken. Het voordeel, evenals het gevoel van het bord, blijft, solderen rechtstreeks aan de benen van de atmega op de Arduino Nano is onhandig en niet snel. Als gevolg daarvan gooide ik een paar honderd roebel in de wind en kon ik het bewezen POS-61 soldeer kopen en alles zou in orde zijn.

conclusies:

Soldeer met een normale soldeerbout - dit is een soldeerbout die geen fasepotentiaal op de punt heeft (aangevinkt indicator), en het vermogen ervan overschrijdt 25-40 watt niet. Soldeer met normaal soldeer en vloeimiddel. Gebruik geen zuren (actieve flux) en oververhit sporen niet.

Opmerkingen: als je de microcontroller gaat vervangen, ten eerste, als het beter is om het een haardroger te maken in de SMD-behuizing, en ten tweede, niet te lang solderen (meer dan 10-15 seconden), laat het afkoelen, en je kunt het koellichaam in het midden zetten bij het solderen met een haardroger etuis in de vorm van een munt of een kleine radiator.

Hoe om te gaan met Arduino-bord?

De originele modellen en veel klonen zijn gemaakt van materialen van voldoende sterkte. De planken zijn bedekt met een beschermende laag, de sporen zijn vlak en liggen vol vertrouwen op de dikke textoliet.

De randen van de kleinste elementen zijn redelijk kwalitatief geëtst. Dit alles stelt u in staat om vrij ernstige schokken en vallen, kleine buigingen en trillingen te verdragen. Er treden echter gevallen van koud solderen en niet-solderen op.

Trillingen en schokken kunnen leiden tot verlies van contact, in welk geval u met een soldeerbout kunt lopen of het bord met een haardroger kunt verwarmen, wees voorzichtig en blaas de SMD-componenten niet af.

Het bord verwijst naar vocht, zoals alle elektrische apparatuur - negatief. Als u van plan bent het apparaat op straat te gebruiken, zorg dan dat u verzegelde connectoren en behuizingen koopt, anders kunnen er rampzalige gevolgen zijn:

1. Verkeerde aflezing van het signaal van de analoge sensoren.

2. Valse positieven;

3. Kortsluiting van de pennen tussen elkaar en met de grond (zie het begin van het artikel).

Het oxide dat wordt gevormd door in een vochtige omgeving te werken, kan dezelfde effecten veroorzaken als het vocht zelf, alleen de kans op contactverlies, buiging van elementen en sporen wordt toegevoegd.

bevindingen

De lijn van Arduino-platen verschilt niet van andere elektronica, hij is ook "bang" voor overbelasting, kortsluiting, water en schokken. U zult geen speciale subtiliteiten tegenkomen wanneer u ermee werkt.

Wees echter voorzichtig wanneer u nieuwe sensoren en andere aanvullende elementen aansluit, het is beter om opnieuw te bellen of de aankoop op een andere manier te controleren. Het komt voor dat perifere printplaten kortsluiting blijken te veroorzaken, omdat u nooit weet wat u van uw Chinese tegenhangers kunt verwachten.