Я создаю робота с несколькими типами датчиков, двумя двигателями для передвижения и двумя двигателями для управления манипулятором. Я использую различные датчики цвета, инфракрасные датчики, датчики наклона и тому подобное.
Как мне учесть все эти компоненты, чтобы определить, как долго будет работать моя батарея?
Допустим, я использовал аккумулятор 7,2 В/1600 мАч. Как я могу определить его срок службы, используя напряжение и ток каждого компонента? Какие расчеты мне нужно сделать?
Вы читали характеристики времени автономной работы вашего смартфона? Вы им поверили? Рассчитать время автономной работы для смартфона проще, чем для робота. Есть много способов вычислить это, и @geometrikal дал разумное резюме. Но есть проблема с этим подходом. Точность ваших вычислений настолько точна, насколько точны ваши данные, а ваши данные ужасны. Я утверждаю, что хотя вы и можете выполнять эти расчеты, результаты будут бессмысленными до такой степени, что вам лучше не пытаться (очень сложно).
Давайте просто посмотрим на ваши двигатели главного привода. Вот некоторые факторы, которые могут повлиять на потребляемый ток этих двигателей: скорость, вес, грязь/плитка/ковер/пол, ускорение, поломка и т. д. Можете ли вы точно предсказать использование вашего робота и выяснить, какая мощность потребуется вашему двигателю? ? Возможно нет.
Теперь посмотрим на моторы руки. Здесь применимо то же самое. Можете ли вы предсказать, как будет использоваться рука? Какой ток потребуется руке при поднятии чего-то тяжелого по сравнению с чем-то легким?
Как насчет вашего процессора? Энергопотребление процессора зависит от того, что делает программное обеспечение. Выполнение большого количества сложных вычислений с массивным доступом к памяти будет потреблять много тока, но при простое потребление энергии ЦП будет меньше. У многих процессоров также есть способы перехода в режим пониженного энергопотребления за счет снижения тактовой частоты, перехода в спящий режим и отключения различных периферийных устройств. Вы наметили, как ваше программное обеспечение будет работать? Поддерживает ли ваша ОС различные режимы отключения питания, и если да, то какие?
Тогда есть ваша система питания. Каков КПД ваших блоков питания при разных нагрузках? Типичный КПД SMPS может варьироваться от 60% до 95% в зависимости от конструкции и нагрузки. Если нагрузка постоянна, то эффективность источника питания и проводки будет другой, чем при импульсной нагрузке (т. е. ШИМ-управлении двигателями). Вы все это проработали?
Точность этих данных будет напрямую влиять на точность ваших оценок времени автономной работы. Проблема в том, что ваша точность будет ужасной. Между вашими низкими и высокими оценками может быть разница в 2-20 раз.
Вот что я рекомендую сделать:
Выполните упражнение с наихудшим случаем и разумными числами. Не беспокойтесь о том, чтобы сделать его супер точным (поскольку это все равно не будет). По сути, все, что вы делаете, это смотрите, является ли размер батареи «почти правильным». Затем, если возможно, выберите следующий больший размер батареи!
Как только робот будет построен, постройте что-то вроде курса для роботов. Это базовый набор операций/движений/и т. д., которые робот может выполнять снова и снова — каждый раз точно таким же образом. Надеемся, что этот курс приблизит вас к тому, что, по вашему мнению, будет типичным использованием робота. Этот курс делает две вещи: он говорит вам, чего вы можете ожидать, но, что более важно, он дает вам возможность судить, действительно ли сработали какие-либо улучшения мощности, которые вы сделали!
Примечание. Показатели времени автономной работы, полученные на шаге 2, являются приблизительными. Даже они настолько же точны, как и ваш тестовый курс. Он не будет супер точным для реального использования, но он будет намного более точным, чем то, что вы сделали для шага № 1, и более точным для того, что вы могли бы получить, если бы потратили недели на все расчеты.
Чтобы оценить срок службы батареи от компонентов, попробуйте следующее:
1. Рабочий ток компонента
Загрузите спецификации для всех компонентов, которые вы используете.
2. Оцените рабочий цикл
Для каждого компонента оцените время, в течение которого он будет работать, и умножьте его на рабочий ток. например, если ваш светодиод потребляет 20 мА во включенном состоянии и будет гореть 80% времени, вы получите 0,8 x 20 мА = 16 мА.
3. Срок службы батареи
Сложите все эти значения вместе, чтобы получить общее потребление тока для вашего робота. Загрузите техническое описание батареи, которую вы используете. Будут разные графики напряжение/жизнь батареи для разных сценариев тока. Из сценариев оцените, где лежит ваш робот. Или для более грубого значения разделите мАч батареи на общий потребляемый ток.
Пример
Регистратор:
ATmega328P 4mA 100% 4mA
Power LED 2mA 100% 2mA
SD card 20mA 5% 1mA
LDO 1mA 100% 1mA
Temp Sensor 10mA 20% 2mA
TOTAL 10mA
Батарея:
Varta AA cell x 3 = 4.5V / 2930mAh
Таким образом, срок службы батареи составляет 2930 мАч / 10 мА = 293 часа.
Эзу