ساخت هت باتری لیتیومی رزبری پای (شیلد پورتابل کننده)
محتویات
ما برای مدت طولانی از برد رزبری پای برای ایجاد بسیاری از پروژه های رزبری پای استفاده میکنیم. اما در خیلی از پروژه ها مشکلات تغذیه ای دیده میشود. مخصوصا زمانی که برق قطع میشود، برد رزبری پای ناگهانی خاموش میشود که ممکن است باعث خراب شدن سیستم عامل یا حتی قطعات برد شود. همچنین تغذیه برد رزبری پای برای استفاده های قابل حمل همیشه یک چالش بوده است.
بنابراین در این پروژه میخواهیم یک هت (هت نام شیلد های رزبری پای است) باتری لیتیومی برای برد رزبری پای خود هستیم که میتوانید مستقیما روی برد ما نصب شود. این شیلد رزبری پای دارای یک شارژر باتری لیتیومی 18650 است که با کمک قطعات دیگر ولتاژ ورودی را تا 5 ولت افزایش میدهد. کل این هت به صورت یک برد PCB کوچک جمع و جور ساخته شده است. به دلیل اندازه کوچک آن می توانیم به راحتی آن را همراه با Raspberry Pi خود حمل کنیم.
جدا از اینکه فقط به عنوان یک منبع تغذیه برای Pi عمل می کند، Raspberry HAT ما همچنین دارای پورت های برق اضافی مانند پورت خروجی USB و چند پایه 5 ولت و 3.3 ولت دیگر است که می توانند برای تامین انرژی سنسورها و ماژول های دیگر استفاده شوند و ممکن است بخواهیم از آنها استفاده کنیم. بنابراین در این پروژه، ما به شما نشان خواهیم داد که چگونه شیلد باتری خود را برای Raspberry Pi طراحی کنید.
قطعات مورد نیاز
- ماژول TP4056
- جک مادگی USB
- نگهدارنده باتری لیتیوم یونی 18650
- باتری 18650 لیتیوم یونی
- اجزای SMD (طبق شکل شماتیک)
مصرف برق رزبری پای
از آنجایی که محاسبه و تخمین توان مصرفی برای پروژه یک کار ضروری برای یک مهندس است، باید میزان مصرف برق در حالت بدون کار یک Raspberry Pi را بدانیم. من برخی از رایج ترین موارد مورد استفاده را در اینجا فهرست کرده ام:
| قطعات | مصرف برق (5V) |
| Raspberry Pi zero 2W HDMI خاموش , LED خاموش | 100 میلی آمپر (0.6 وات) |
| HDMI خاموش, LED خاموش, WiFi روشن | 120 میلی آمپر (0.7 وات) |
| Raspberry Pi zero HDMI خاموش, LED خاموش, Wifi روشن | 120 میلی آمپر (0.7 وات) |
| Raspberry Pi 2 B اگر در مورد این مطلب سوالی دارید در قسمت نظرات بپرسید idle | 220 میلی آمپر (1.1 وات) |
| Ab -n 100 -c 10 (uncached) | 450 میلی آمپر (تقریبا 2.3 وات) |
| 400% CPU Load | 400 میلی آمپر (تقریبا 2.1 وات) |
| Raspberry Pi 3 B idle | 260 میلی آمپر (1.4 وات) |
| Ab -n 100 -c 10 (uncached) | 480 میلی آمپر (2.4 وات) |
| 400% CPU Load | 730 میلی آمپر (3.7 وات) |
| Raspberry Pi 3 B+ idle | 350 میلی آمپر (1.9 وات) |
| Ab -n 100 -c 10 (uncashed) | 950 میلی آمپر (5.0 وات) |
| 400% CPU load | 980 میلی آمپر (5.0 وات) |
| Raspberry Pi 4 B idle | 540 میلی آمپر (2.7 وات) |
| Ab -n 100 -c 10 (uncached) | 1010 میلی آمپر (5.1 وات) |
| 400% CPU load | 1280 میلی آمپر (6.4 وات) |
توجه: ما توان مصرفی ماوس و کیبورد یا هر وسیله جانبی دیگری را در نظر نگرفته‌ایم، زیرا آنها برق مصرفی خود را نوشته اند و میتواند متفاوت باشد. همچنین میتوانید آن موارد را به توان ذکر شده در بالا اضافه کرد.
مدار هت باتری لیتیومی رزبری پای
در اینجا می توانید ببینید که یک ماژول TP4056 وجود دارد که سلول 18650 ما را شارژ می کند و به سوئیچ کشویی وصل شده است. پین هدر بلند نری برای نصب Raspberry pi با کمک GPIO های آن وجود دارد. اکنون در وسط مدار، یک آی سی MT3608 وجود دارد که منبع تغذیه را از 3.3 ولت به 5 ولت برای Raspberry Pi افزایش می دهد. MT3608 یک مبدل تقویت کننده DC-DC است که می تواند خروجی تا 2A بدهد. به طور خاص، طیف گسترده ای از ولتاژ های ورودی را پشتیبانی می کند، یعنی از 2 ولت تا 24 ولت DC و می تواند خروجی از 5 ولت تا 28 ولت بدهد. مبدل تقویت کننده برای افزایش ولتاژ پایین به ولتاژ بالاتر استفاده می شود. این یک نوع منبع تغذیه حالت سوئیچ است زیرا از یک دستگاه سوئیچینگ برای تنظیم ولتاژ استفاده می کند. در مورد ما، آی سی MT3608 ماژول سوئیچینگ است که فرکانس سوئیچینگ بالای 1.2 مگاهرتز دارد. من ترکیبی از مقاومت های 1.2K اهم و 150 اهم را به ترتیب به عنوان R1 و R2 انتخاب کردم که تقریباً 5.2 ولت به من می دهد.
PCB هت باتری لیتیومی رزبری پای
این تصویر طرح بندی PCB برای شما است. من یک نمای سه بعدی از PCB را که ساخته ام نیز پیوست می کنم. فایل گربر کامل PCB را اینجا پیوست می کنم، می توانید به راحتی آن را دانلود کرده و آن را بسازید.
شیلد پورتابل کننده بعد از مونتاژ
تصاویر زیر شیلد پورتابل کننده را پس از مونتاژ نشان می دهد. در اینجا خواهید دید که باتری 18650 به نگهدارنده وصل شده و تمامی قطعات لحیم شده اند. همچنین می توانید نحوه نصب برد روی Raspberry Pi Zero را مشاهده کنید.
تست شیلد روی رزبری پای زیرو
اکنون که هت باتری لیتیوم یونی خود را برای Raspberry Pi ساخته‌ایم، وقت آن است که آن را آزمایش کنیم. برای نشان دادن اینکه همه چیز خوب کار می‌کند، ما RPI UPS HAT را به برد رزبری پای متصل کرده‌ایم و همچنین از پورت USB آن برای تغذیه صفحه نمایش 7 اینچی استفاده کرده‌ایم.
همانطور که در تصویر بالا می بینید، هت باتری Pi نه تنها قادر به روشن کردن و راه اندازی برد Raspberry Pi بود، بلکه صفحه نمایش LCD را نیز روشن می کرد. حالا چه مدت قادر به برق رسانی خواهد بود بستگی به این دارد که چه تجهیزات جانبی دیگری به Pi وصل شده اند و چه مقدار توان محاسباتی استفاده می شود.
ما با موفقیت هت رزبری پای سفارشی شده خود را برای نسخه های مختلف Raspberry Pi ساخته و آزمایش کرده ایم. این برد مدار چاپی زمانی که می خواهید پروژه هایی را انجام دهید که نیاز به راه اندازی پ.رتابل کم مصرف دارند بسیار مفید خواهد بود. و می تواند برای بسیاری از پروژه های کاربردی دیگر نیز کار کند. لطفاً نظرات خود را نیز با ما در میان بگذارید. اگر سوالی دارید لطفا در بخش نظرات یا انجمن بپرسید.
