Raspberry pi arcade projekt (5 / 5 steg)

Steg 5: Strömförsörjning

Power supply
En av nackdelarna med att ha en arkad maskin som liten är att det oftast inte sitta på plats: det bästa sättet att spela är att plocka upp och hålla den i dina händer, med två siffror kontrollera joystick och knappar. Problemet med Raspberry Pi är att den behöver 5V, och hittills har jag nog det det med mini-USB-ingång styrelsens seriell-till-USB-omvandlare. Detta är mindre än idealisk: Raspberry Pi är inte specced för att köra någon USB inspänning och kan äta upp mer makt än en USB-port anges att leverera. Plus, med en USB-kabel betyder det kan kopplas bort, vilket resulterar i filsystem korruption. Jag bestämde mig att bygga själv en fin batteri drivna 5V källa. Eftersom jag inte hade någon batteri fack utformad i arcade skåp fallet, jag bara inte kunde kasta replacable AA-batterier mot problemet... oavsett batterier jag valde hade att stanna kvar inne i det samtidigt som används och samtidigt att laddas. Det innebar att jag även var tvungen att tänka ut ett sätt för att kunna fylla på kraften när arcade maskinen var slut saft. Jag hade fortfarande två Nokia BL-5J batterier liggande. De var inte exakt nya längre, men kunde fortfarande håller tillräckligt laddning att tillåta Raspberry Pi att köra för en rättvis samtidigt. Dessa batterier har också visst skydd i dem: du ska inte kunna blåsa upp dem genom att tillämpa för hög en spänning eller kör för mycket ström genom dem. Det var något jag skulle kunna använda, eftersom jag planerar att göra laddaren / 5V PSU själv, med standardkomponenter. Det skulle innebära ett misstag på min sida har en mycket lägre risk att blåsa upp batterierna och orsakar missöde. Om du ska bygga detta, åtminstone se till att batterierna är skyddade för. Också, Dubbelkolla ditt arbete. Och mitt schema och kod. Du vet vad, om dessa varningar faktiskt berätta något nytt, inte bygga det alls. Jag är inte ansvarig för eventuella mess-ups följd något på denna sida av vägen. Också, om du ska ansluta LiIons parallellt, se till att de är laddade till samma spänning först. Med detta sagt: här är schematiskt: några anteckningar om delarna: The LiIon är två Nokia batterier (fortfarande med deras kretsar skydd intakt!) parallellt. Dioderna är slumpmässiga 2A Schottkys jag fortfarande hade. Mosfets komma som två IRF9952s, som är en N-kanal och en P-kanal mosfet i ett paket. Tyvärr har jag ingen aning vad speciell av spolen är: Jag tog bara en som verkade tillräckligt kraftfull från min delar bin och det verkar göra susen. Så, hur fungerar det? Det är inte direkt framgår av schematiskt, eftersom vissa komponenter och linjer används flera gånger över. I grund och botten kretsen har tre lägen av verksamhet: inaktiv (off), generera 5V (på) och laddning. Viloläge är det enklaste att förklara: AVR får 3.7V från batterierna via induktor, diod och 10 ohms motstånd. Det har dess IO inställd på nivåer där ingen av mosfets genomför, och kommer att försöka äta så lite ström som möjligt. Varje sekund, ska det vakna upp till se om makten knapp har tryckts eller en laddare är ansluten. Om strömbrytaren trycks, kommer AVR vakna och börja generera och reglera 5V med hjälp av en boost omvandlare. Det kommer att generera en fyrkantsvåg på PB4, i princip låta strömmar flödet så här: när PB4 är hög, nuvarande köra längs den röda linjen: från batteriet via induktor (som genererar ett magnetfält) via mosfet till marken. Så snart PB4 görs låg igen, nuvarande köra längs den gröna linjen: eftersom magnetfält kollapsar, spolen kommer att tvinga en ström från batteriet genom sig och zener dioden i 2200uF kondensatorn, laddar det till en spänning över batteriets spänning. Genom att variera intermittensen, AVR kan justera hur snabbt de kondensator avgifterna. AVR självt drivs med hjälp av denna kondensator: förutom 10 ohm resistor och 100nF kondensatorn (som bildar ett low-pass filtrerar, filtrera bort spikar) AVR förbinds nästan direkt med dess Vcc-polig kondensatorn spänningen. ATTiny85 har ett sätt att mäta sin egen Matningsspänning och använder denna för att se till att spänningen ligger kvar på 5 volt. Så snart kondensatorn fylls nog, kommer att AVR också sänka PB0, att göra anslutna mosfet förmedla 5V till Raspberry Pi, som glatt kommer att starta upp. Om, å andra sidan, 5V upptäcks på USB-port kommer att enheten gå i laddläge. I det här läget det kommer ut LiIon-batteri genom att mata det 500mA av strömmen eller 4.2V av spänning, vilken är den högsta. AVR kan upptäcka förekomsten av en laddare för 10K motstånd kommer att leda 5V via den streckade linjen till PB1. Detta stift är också en input av AVRs interna kontrollapparat. Andra sidan av motsvarigheten är ansluten till Vcc. Så snart motsvarigheten upptäcker en högre spänning på PB1, vet det en laddare är ansluten och slår på en fyrkantsvåg på PB1. I den här konfigurationen fungerar enheten som en buck converter, med makt att batteriet kommer antingen från 5V ingång (röd linje) eller från kollapsen av det magnetiskt sätter in i induktor (gröna linjen). AVR kan reglera spänningen genereras genom att ändra intermittensen av fyrkantsvåg på PB1. För att styra den genererade spänningen på ett korrekt sätt, måste AVR att mäta batterispänningen och strömmen genom batteriet. Nuvarande mäts genom att ta tag spänningen över 0,25 ohm shunt motståndet. Spänningen kan vara mätt med AD'ing värdet på PB0. Mäta batterispänningen behöver ett trick (precis som att mäta 5V linje gör när du genererar kraft för Raspberry Pi): referensspänningen i AVR är antingen 1.1v eller 2.56V, som är både för låg för att mäta den 4,2 v batterispänning. PB0, dock kan användas som en referens spänning, precis som Vcc kan. Om denna hänvisning används för att mäta den 1.1v intern referens (som kan kopplas till vara en ingång), är det möjligt att mäta spänningar > 2.56V utan att behöva extern resistor avdelare. Två delar av schematiskt har inte förklarats ännu. Först är delen runt 3V6 zener dioder: detta är en kofot-liknande skyddskrets. Så snart en spänning på om 9V upptäcks på 5V linjen (t.ex. på grund av en bugg i koden), mosfet kommer att dra ner på reset-linjen för AVR, låt förhoppningsvis stängande ned oavsett metod spänningen får som hög. 9V kan verka lite högt för en driftspänning av skydd, men bara en spike har att få det höga. den genomsnittliga spänningen är förmodligen lägre när det händer. Den andra delen är lite runt knappen och LED: detta är en kombinerad Laddningsindikator, strömbrytare och soft-avstängning. När du laddar, blinkar AVR lysdioden, som anger hur långt laddningsprocessen är. När påslagen, kan Raspberry Pi upptäcka om trycker på knappen för en kort stund; AVR kommer att ignorera detta. När knappen trycks för längre än 4 sekunder, dock stängs AVR omedelbart makt till Raspberry Pi. Att detta ska fungera, den "RPi poweroff" bör anslutas till Raspberri Pi GPIO30, och programmet "makt" (ingår i nedladdningen) ska köras. Detta möjliggör en komplett mjuk-power uppstart och avstängning: Tryck på knappen en gång till makten på Raspberry Pi. Gå spela ett spel. När du är klar, tryck på knappen än en gång. Raspberry Pi kommer att upptäcka detta och stänga. I slutet av denna process, kommer att det göra linjen till PB2 låg, simulerar en lång tryckning på knappen. Detta kommer att minska kraften att Pi igen. Om något går fel, kan du manuellt håll knappen nedtryckt i 4 sekunder och utföra en hård powerdown sätt. All denna logik fortfarande passar på en liten PCB ungefär lika stor som det tar hand om batterier: programvaran för AVR och liten daemon som klockor för knapptryckningar och kan avstängning makt kan laddas ner här