Ecco un confronto tra le varie opzioni economiche per la carica della batteria, che forniranno il Pi ben nelle sue specifiche: Esecuzione di un Raspberry Pi dalle batterie [Questo link è in realtà morto - e la ricerca nel dominio di "batterie lampone" fallisce - ma Pikamander2 ha suggerito il seguito come modifica che presumibilmente contiene il contenuto originale (??). Speriamo che questo possa essere considerato di dominio pubblico. -> riccioli d'oro]
Esecuzione di un Raspberry Pi dalle batterie
Una delle proprietà essenziali di un robot mobile basato su Raspberry Pi è che deve funzionare a batteria: trascinare un cavo di alimentazione non è molto utile.
Il problema è che il Pi prende una quantità apprezzabile di corrente (diciamo 500mA, a seconda dell'attività e delle periferiche collegate), e ha bisogno di un intervallo di tensione di ingresso piuttosto stretto (5 V +/- 0,25 V o giù di lì). Poiché la tensione della batteria varia in modo piuttosto selvaggio a seconda del livello di carica corrente, non è davvero ragionevole funzionare direttamente da una batteria.
Quindi, ho iniziato a cercare varie opzioni per convertire le tensioni della batteria standard in qualcosa di adatto al Pi.
Utilizzando un regolatore lineare
L'approccio tradizionale, quando stavo per la prima volta armeggiando con l'elettronica circa 30 anni fa, sarebbe stato quello di mettere insieme abbastanza batterie per ottenere una tensione significativamente più alta di 5 V (diciamo, 4x AA non ricaricabili per ottenere 6 V o 6 batterie AA ricaricabili per 7,2 V), quindi passalo attraverso un regolatore lineare (ad es. IC serie 7805) per ottenere un 5V costante.
Ci sono 2 problemi principali con questo approccio.
- I regolatori lineari sono inefficienti e bruciano efficacemente la tensione in eccesso sotto forma di calore. Ciò significa che stai solo sprecando la durata della batteria e probabilmente dovrai anche occuparti di dissipare quel calore con un dissipatore di calore.
- Il Pi assorbe molta corrente, quindi avrebbe bisogno di un regolatore abbastanza grande, insieme a un grande dissipatore di calore.
Fortunatamente al giorno d'oggi ci sono approcci molto migliori, sotto forma di regolatori a commutazione, che sono molto più efficienti, anche a correnti elevate.
Utilizzo di un UBEC modello RC
I modelli decenti radiocomandati, in particolare i velivoli, hanno spesso bisogno di un alimentatore a tensione stabile e efficiente alimentato da una batteria piccola e leggera. L'approccio standard prevede l'utilizzo di una batteria ricaricabile collegata tramite un dispositivo noto come UBEC (Ultimate Battery Eliminator Circuit), che accetta una tensione superiore rispetto all'uscita richiesta e la converte in modo molto efficiente. Considerando che un regolatore lineare che alimenta 500 mA in uscita da un ingresso 6 V assorbirebbe 500 mA (portando a una potenza sprecata di (6-5) x0,5 = 0,5 W), un UBEC non dovrà prelevare l'intero 500 mA dalla batteria in ingresso, e così spreca pochissima potenza.
Poiché gli UBEC sono così comunemente usati per i modelli RC, puoi prenderli molto a buon mercato e generalmente possono gestire alcune correnti piuttosto elevate. Ad esempio, ho trovato un modello 4A su eBay per circa £ 1,50 comprese le spese di spedizione.
Lo svantaggio è che è necessario fornire più tensione di ingresso rispetto alla tensione di uscita desiderata, il che significa che potrebbero essere necessarie molte celle nel pacco batteria. Tuttavia, questa è un'opzione molto economica e funziona bene.
Utilizzando un convertitore CC-CC
Se il peso è una priorità, è importante mantenere il numero di celle della batteria al minimo. Fortunatamente, esiste un dispositivo chiamato convertitore DC-DC che funziona in modo molto simile a un UBEC, ma può funzionare con una tensione di ingresso inferiore alla tensione di uscita richiesta. Anche questi sono in genere molto piccoli.
Guardando di nuovo su eBay, ne ho trovati alcuni davvero carini, tra cui una presa USB-A femmina. Ciò significa che puoi utilizzare lo stesso cavo USB che probabilmente stai utilizzando per alimentare il tuo Raspberry Pi, senza alcuna modifica. Il prezzo qui era di circa £ 2,50, con spedizione gratuita. La tensione di ingresso è di 3-5 V (ideale per 3 batterie ricaricabili AA) e la corrente di uscita è fino a 1A, che dovrebbe essere abbondante.
Utilizzando una scatola batteria integrata
Infine, sono disponibili varie soluzioni che utilizzano batterie ricaricabili e un convertitore CC-CC, in un alloggiamento dedicato. Questi possono essere piuttosto belli, perché non richiedono alcun assemblaggio specialistico (ad es. Saldatura) - alcuni hanno persino le batterie già integrate. L'opzione che ho scelto utilizza celle agli ioni di litio "18650" ad alta capacità (ad esempio, circa £ 10 per una coppia da eBay), e costa circa £ 8 compresa la spedizione. Può fornire fino a 2,5 A, il che è più che sufficiente, e di nuovo ha una presa USB-B integrata per una facile connessione, così come una comoda presa USB-miniA per una facile ricarica. Un'altra caratteristica interessante di questo tipo di scatola è che puoi attaccare qualsiasi cosa da 1 a 4 celle, a seconda della durata della batteria di cui hai bisogno.
Uno svantaggio è che queste scatole possono essere piuttosto grandi. Quello che ho scelto ha circa le stesse dimensioni della scatola in cui il mio Pi è arrivato da Farnell.
Se scegli l'opzione 18650, vale la pena fare acquisti con attenzione. Alcuni marchi, in particolare Ultrafire, hanno una scarsa reputazione in termini di qualità e non sembrano all'altezza delle loro capacità nominali. Questi tipi di batterie sono anche soggetti a incendi o esplosioni se utilizzati in modo improprio, quindi ti consigliamo di fare molta attenzione a prenderli cura di loro, e vale la pena assicurarti di non utilizzare un marchio non sicuro.
Calcoli della durata della batteria
Non ho ancora verificato sperimentalmente i dati sulla durata della batteria per nessuna di queste opzioni, anche se ho testato che il mio Pi funziona felicemente da ciascuna di esse (tranne, finora, per l'UBEC).
Quando si calcola la durata teorica della batteria, poiché si stanno convertendo le tensioni, non è possibile passare semplicemente alle valutazioni in milliampere (mAh) stampate sulla batteria. È più semplice convertire in wattora, che è semplicemente la tensione moltiplicata per la cifra mAh. Il RasPi necessita di circa 500 mA a 5 V, che è 0,5 x 5 = 2,5 watt. Supponendo una perfetta efficienza nel convertitore (di solito hanno almeno il 90% di efficienza), una cella AA da 1,5 V con capacità di 1000 mAh sarebbe in grado di fornire 1,5 Wh - ovvero eseguire un RasPi per circa 1,5 / 2,5 = 0,6 ore (o 36 minuti) ) da solo. Con un convertitore in modalità commutata (ovvero una delle ultime 3 opzioni), non importa se si collegano più celle in serie o in parallelo - in ogni caso, si sta moltiplicando all'incirca la capacità disponibile per il numero di celle Usato.
Ecco un semplice confronto side-by-side delle opzioni sopra elencate. Spero che ti aiuti a trovare una soluzione di carica della batteria adeguata per il tuo progetto Pi.
Monitoraggio del livello di carica
Quando si esegue da batterie, è consigliabile provare a monitorare il livello di carica corrente, in modo da poter stimare la durata residua della batteria. Puoi farlo osservando la tensione attraverso la batteria - questo cadrà quando la batteria si scarica. Oltre a consentire curve di scarica non lineari (ogni tipo di cella si comporta in modo diverso e ha un intervallo di tensione diverso), ci sono due principali difficoltà con questo quando si esegue un Pi da un convertitore di tensione.
- La tensione di ingresso al Pi sarà sempre fissa a 5 V, in base alla progettazione. Quindi è necessario collegare i fili dalla batteria in ingresso al circuito di monitoraggio della carica, piuttosto che essere in grado di misurare la tensione in ingresso al Pi. Per i box batteria integrati, è necessario praticare alcuni fori nel box per accedere alla batteria.
- Il Pi non ha un convertitore analogico-digitale integrato, quindi non puoi misurare direttamente la tensione usando il Pi. Puoi ottenere chip ADC piccoli, economici e autonomi accessibili utilizzando i pin GPIO del Pi (ad esempio utilizzando I2C), che è probabilmente l'opzione più economica. Personalmente, ho molti microcontrollori ATTiny85 in giro (essenzialmente un mini-Arduino), e probabilmente guarderò usando uno di quelli per misurare la tensione analogica, convertire in un'indicazione percentuale rimanente usando il software su ATTiny, e poi comunica quel livello al Pi su I2C.
Sfortunatamente, non è possibile spegnere correttamente Pi dal software, quindi esiste anche un potenziale mini-progetto per fornire un interruttore di blocco controllabile tramite software. Personalmente, mi aspetto di utilizzare solo l'interruttore manuale incorporato nella scatola della batteria. Se stai usando celle Li 18650, vale la pena ottenere il tipo "protetto", poiché queste si interrompono automaticamente a bassa tensione.