Arduino i zasilanie z akumulatorów + ładowanie

Taka sytuacja: robię z kumplem projekt w Ardiuno. Jak wiadomo, urządzenia elektryczne/elektroniczne lepiej działają, gdy są zasilane ;)

Mamy następujące opcje:

1. zasilanie z zasilacza
2. zasilanie przez USB
3. zasilanie z baterii. Są takie gotowe kieszenie/uchwyty/obudowy na baterie.

Opcja 3 wydaje się najlepsza, bo urządzenie nie będzie wisieć na kablu. ALE baterie/akumulatorki trzeba w takim scenariuszu wymieniać.

I pomyślałem, czy są jakieś gotowe rozwiązania (albo proste i niedrogie sposoby do ogarnięcia we własnym zakresie), które by umożliwiały podłączenie jakichś ogniw/akumulatorków do Ardiuno. Znaczy - samo podłączenie i korzystanie póki w nich jest prąd to prosta sprawa, ale interesuje mnie coś, co by było w stanie je jakoś ładować. Nie wiem, czy to by miało być ładowanie robione przez samo Arduino, czy jakiś osobny moduł ładujący. Bo ładowanie to jest trochę bardziej skomplikowany proces, wykraczający poza podłączenie zasilacza i pchania amperów ;)

Podsumowując - mam pomysł/wizję, żeby w puszcze z arduino zabudować jakieś akumulatorki. Arduino będzie sobie działać z tych akumulatorków. Jednocześnie mogę podłączyć zewnętrzne zasilanie, które doładuje wbudowane ogniwa. Dokładnie taka sama zasada działania, jak chociażby telefon komórkowy.

Wszelkie sugestie/porady będą mile widziane :)

Chodzi Ci o coś takiego? https://botland.com.pl/422-moduly-ladowania-lipol-usb-micro-usb

@abrakadaber: widzę, że miałeś do czynienia z takimi wynalazkami. Czy możesz w kilku zdaniach napisać, z czym to się je? Zwłaszcza, że modeli jest kilkanaście, kosztują od 8 do kilkudziesięciu złotych. Czym one się różnią?

Jak się na takich rzeczach nie znasz to najlepiej zobacz jak to robią inni. Tutaj schemat popularnej konsoli DIY Gamebuino: http://legacy.gamebuino.com/wiki/index.php?title=File:Gamebuino_r2_schematics.pdf

Od razu wiadać że goście używają:

1. Moduł do ładowania baterii z wejściem USB (tak żeby ładować z kompa lub ładowarki USB)
2. Stabilizator napięcia z baterii do arudino

Fakty: Jeżeli napięcie zasilania ma być 3.3V to napięcie baterii musi być nieco wyższe (u nich 3.7V). W przypadku popularnych stabilizatorów 7905 (o ile dobrze pamiętam) napięcie na wejściu musi być +2V wyższe niż wyjściowe napięcie regulowane.

EDIT: Generalnie jeżeli chcesz użyć Li-Ion to lepiej zejść na napięcie 3.3V. Atmega nadal będzie działać - jedyne co spada to max. częstotliwość taktowania.

Powyższe można obejść stosując bardziej zaawansowany moduł zasilania który podbije np. 3.3V na 5V tyle że bateria musi wytrzymać takie obiciążenie (musi móc dostarczyć odpowiednio dużo prądu).
Tutaj inny przykład który wygląda OK: https://hackaday.io/project/6477-solar-powered-arduino-weather-station/log/20066-li-ion-battery-pack-for-powering-the-arduino

Jeśli chodzi o projekty to wada baterii jest taka że należy ją wymieniać/ładować oraz to że większość hobbystów nie liczy poboru prądu i wymaganej pojemoności baterii tylko wybiera "na oko". A potem urządzenie przestaje działać po 24h. Zasilacz jest lepszym rozwiązaniem - arduino ma już odpowiednie gniazdo + wbudowany stabilizator napięcia.

Jeśli masz możliwość zasilania z zasilacza i nie będzie to urządzenie wymagające podtrzymania przy zaniku zasilania idź w zwykły zasilacz sieciowy.
Jeśli jeszcze to urządzenie ma mieć podpięte jakieś elementy zewnętrzne typu LCD lub jakiś silnik to tym bardziej.
Sam często korzystam z ładowarek opartych o TP4056 i ogniw 18650. Ogniwa mam z babterii laptopowych i pcham do czego się da -latarki, zabawki dla dzieciaków. Baterie są drogie.

Edit.
Jeśli jednak zdecydujesz się na zasilanie z baterii to poszukaj sobie BMS'a
Np. "Moduł BMS 2s" w portalach aukcyjnych.
To moduł ładowania wraz z obsługą poziomu rozładowania dla 2 ogniw w szeregu (2 Serial) będzie napięcie przy rozładowanych ogniwach jakieś 7,2 i przy naładowanych powyżej 8V co spokojnie pozwoli zasilić stabilizator na płytce. Dla większej pojemności np. 2S2P czyli na 4 ogniwa 2 w szeregu po dwa.

Zależy co dokładnie chcesz zrobić, ale tak jak wyżej padło, w zależności czy chcesz być w stanie ładować z USB przejście na 3V (standardowe napięcia to 3, 3V3 i 3V6, poniżej raczej nie widzę sensu schodzić jak nie chcesz super low power) może mieć pewien sens.
Natomiast bardzo prostą opcją może być wykorzystanie zasilania USB wprost (ew. z diodami do kluczowania źródeł) i po prostu wpięcie powerbanka jako baterii, o ile jesteś w stanie zaakceptować, że nie zadziała to idealnie jak telefon.

Opcja kolejna - jeśli procek ma większość czasu spać i tylko np. klepać RTC to możesz wykorzystać superkondensator do podtrzymania zasilania i to może wystarczyć całkiem dobrze... ale musisz wtedy naprawdę wiedzieć co robisz.

Dobra - to opiszę z grubsza o co chodzi. To ma być taka bardziej zabawka - żadnych siłowników czy bajerów, jedynie ekran 4" dotykowy z czytnikiem kart i kartą SD z obrazkami oraz Arduino, ewentualnie jeszcze może kilka(naście) diod LED, które mają sobie mrugać w pewnych okolicznościach.

Co do czasu pracy na baterii - jednorazowe działanie to będzie kilkanaście/kilkadziesiąt minut, więc nie trzeba jakiegoś super czasu podtrzymania. I wolałbym uniknąć kabla, bo jak pisałem - to zabawka dla dzieciaków, więc lepiej zrobić to w wersji w pełni mobilnej.

po prostu wpięcie powerbanka jako baterii

Jak kupowałem jakiś czas temu PB dla siebie to wiele z nich miało antywzkazania do pracy jednocześnie w trybie ładowania i zasilania urządzeń. Niektóre maja pass-through, zresztą i tak powerbank mocno przedraża sprawę :(

A zasilanie? Wolisz użyć 3,3v - jakieś nano/mini czy 5V?
Gotowe BMSy mają wszystkie zabezpieczenia jak undervoltage protection.

@cerrato: jakbyś chciał sam to budować: zbierzmy parę linków żeby w komentarzach nie pisać...
https://www.ti.com/lit/ml/slyb232/slyb232.pdf?ts=1620576510124&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F
https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjO2pyu3b7wAhVCzaQKHWl5AZsQFnoECAcQAA&url=https%3A%2F%2Fwww.st.com%2Fresource%2Fen%2Fuser_manual%2Fdm00135215-liion-linear-battery-charger-with-ldo-stmicroelectronics.pdf&usg=AOvVaw1UVlMazt_QYGcNdgWk6C3Q
https://www.maximintegrated.com/en/design/reference-design-center/ref-circuits/3241.html

Ogólnie: szukasz pod hasłem "LDO with input voltage monitor" "battery charging circuit with undervoltage protection" ew. szukasz po modułach/układach "ldo with shutdown" i studiujesz application notes, potem pytasz dalej ;) Sorry, że tak zdawkowo, po pracy może będę mieć dłuższą chwilę nad tym posiedzieć. Jak Kolega wyżej napisał, możesz zobaczyć gotowce. Nie siedzę w tym na tyle żeby tu czuć się kompetentnym. ;)
EDIT: musiałbym zobaczyć schematy tych BMSów, jeśli mają wszystkie w/w rzeczy to są ok, tak długo jak są zrobione zgodnie ze sztuką, co w przypadku Arduino nie jest regułą i z racji tego nie polecam ich nie sprawdziwszy schematów.

Myślę, że po prostu - na razie wezmę kieszeń/szufladę na kilka paluszków, a kable z niej wychodzące podczepię do gniazda zasilania, jakie Arduino ma w standardzie.Póki co wbudowany akumulator chyba sobie odpuszczę, bo widzę, że jest z tym więcej zamieszania niż myślałem. Miałem nadzieję, że będzie jakiś gotowy moduł/shield, który podpinam do Arduino, z jednej strony wpinam zasilacz, z drugiej ogniwa i już ;)

A co do kasety na kilka paluszków AA - czy to zły pomysł?

A co do kasety na kilka paluszków AA - czy to zły pomysł

Mało prądu po prostu i tyle.

Zobacz https://www.researchgate.net/figure/Circuit-connection-of-the-BMS-implemented_fig2_337955757
Jeśli ma być to 5V to gotowy BMS na 2 ogniwa i piwino działać.

mało prądu

Jesteś pewien, że takie jedno (czy dwa) ogniwa dadzą więcej niż 6xAA wsadzone do takiej kasetki - https://botland.com.pl/koszyki-na-baterie/7031-koszyk-na-6-baterii-typu-aa-r6-1x6.html

Poza tym to, co zaproponował @jurek1980 to fajna sprawa, ale sama płytka nie kosztuje kilka PLN (jak @abrakadaber proponował parę postów wcześniej), ale prawie 60 PLN - https://botland.com.pl/czujniki-pradu/19255-dwukierunkowy-czujnik-pradumocy-ina219-26v-32a-stemma-atqwiic-adafruit-904.html. Do tego ogniwa i mamy stówkę. I trochę drogo ta zabawka wychodzi - sam ekran też ponad stówę, Arduino, obudowa itp. :(

No i kolejna rzecz - z tego co rozumiem, to muszę w Arduino oprogramować kontrolę ładowania. A zakładając wątek miałem nadzieję bardziej na jakieś gotowe rozwiązanie, do którego podpinam zasilacz, ogniwo oraz wyprowadzam zasilanie na płytkę. Jak jest zasilacz podpięty, to ten gadżet ładuje akku + daje prąd na Arduino, jak nie ma zasilania to idzie do płytki z ogniw.

Za Wikipedia :

400–1000 mAh baterie węglowo-cynkowe
600–1000 mAh akumulatory NiCd
do 2300 mAh baterie alkaliczne
1700–2900 mAh akumulatory NiMH

https://pl.m.wikipedia.org/wiki/Bateria_AA

Takie li-ion zaczynają się od 3000mAh (Poza tymi z noname za 5zl)

Zrób sobie dzielnik napięcia na wejściu do arduino w celu sprawdzania napięcia na baterii
Wyprowadzenie wzoru masz tutaj

Jak chcesz cokolwiek wiedzieć na temat zasilania to bardzo trudny temat
Poleca książkę Sztuka Elektroniki

Dziękuję wszystkim za odpowiedzi i zaangażowanie.
Z kolegą ustaliliśmy, że na razie jednak zostaniemy przy wersj szuflady na 6 paluszków, a wersja z akumulatorami może będzie w późniejszym terminie.

Dwa główne powody to cięcie kosztów (my dajemy tylko szufladkę za 5PLN, a user sobie sam musi skombinować akumulatorki/baterie AA) oraz kwestie prawno-BHPowskie, czyli jeśli cokolwiek by się stało z wbudowanymi ogniwami to pretensje będą do nas, a jak użytkownik sobie sam wsadza paluszki i coś się stanie, to jego problem ;)

https://forbot.pl/blog/skonstruowalem-sobie-budzik-z-wifi-a-co-z-ce-id41631

@Marcin Marcin:
Ostatnio w EP o tym pisali: https://ulubionykiosk.pl/demo/4040#15

@cerrato:
Kup moduł ładowania akumulatora ( https://allegro.pl/oferta/ladowarka-tp4056-18650-li-ion-z-kontrola-ladowania-9236669933 ) koszyczek do ogniwa 18650 ( https://allegro.pl/oferta/koszyk-1-x-18650-li-ion-przewody-koszyczek-1s-fv-7348995361 ) oraz samo dość popularne ogniwo 18650 ( https://allegro.pl/oferta/akumulator-bateria-ogniwo-18650-li-lon-9517902900 ).

Moduł który podałem jest spoko, bo od razu ma tez przetwornicę stepup do 5V. I może pracować jako passthrough :)

@enclude: A jak to się ma do ESP32? Bo wygląda na to, że ten projekt jednak wykonam na ESP32, Arduino chyba za słabe. Gdzieś wyszukałem w necie że takie coś istnieje, potem pogadałem z kumplem który ma w tym większe doświadczenie, pożyczył mi kilka sztuk do testów i wygląda, że to działa. Tam jest zasilanie bezpośrednio z USB, więc nie wiem, czy jak dam 3,7V to zaskoczy. Z drugiej strony - jak zepnę dwa ogniwa to się zrobi 7V i może to być za dużo jak na ESP.

Pokaż datasheet modułu. ESP32 latają z 3V6 albo innego 3V3, tylko po drodze z USB jest pewnie stabilizator.

@alagner: co do ESP - tego jest tyle wariacji, że ciężko powiedzieć :( Znaczy - jak ktoś w tym siedzi dłużej to pewnie ma rozeznanie, ale dla mnie to jest na razie jakaś czarna magia. Po dodaniu do Arduino IDE paczki z ESP, mogę wybrać jakieś 40 pozycji, tyle tych modeli jest...

Na 99% większość jest podobna.

@cerrato: ESP32 możesz zasilać bezpośrednio z ogniwa 18650, gdyż jego logika 3.3V, więc korzystając z modułu ode mnie masz wejście ładowania -> stepdown + kontrola ładowania -> ogniwo -> stepup do wyjścia z modułu -> wejście do esp via USB lub VIN -> stabilizator do 3.3V -> chip ESP.

Jednak można to zrobić inaczej:
ESP32 ma napięcie wejściowe z zakresu 2.6-3.2 V. Możesz tez użyć modułu ładowania z wyjściem 3.3V i bezpośrednio z wyjścia modułu zasilać ESP przez pin VCC (lub 3V, w zależności od płytki)

Jest jeden chip ESP32 na różnych płytkach rozwojowych, dziwne, że kolega nie wyjaśnił :) ESP32 traktuj jak procesor, całą resztę jako płytę główną z peryferiami. Sercem układu zawsze jest to samo urządzenie i to jego noty katalogowej należy szukać

W przypadku tylko jednego ogniwa 18650 to można użyć moduł z TP4056 + Stepdown do 3V3 dla ESP32 (ewentualnie liniowy LDO, w razie gdyby tanie chińskie przetwornice szumiały), odpadnie trochę elementów i pozwoli na ładowanie po usb