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單片機開(kāi)發(fā)電池供電的步進(jìn)電機使IoT自動(dòng)化
具有傳感器功能的智能對象已經(jīng)作為物聯(lián)網(wǎng)的“耳朵”發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。但是，直到最近，幾乎沒(méi)有實(shí)用的解決方案可以為IoT應用程序提供實(shí)用，負擔得起的“手臂”，它們可以在Internet上伸出援手并以物理方式對他們看到或感知的內容做出反應。但是，隨著(zhù)具有成本效益的具有物聯(lián)網(wǎng)功能的電子驅動(dòng)器的出現，這種情況正在改變，該驅動(dòng)器可以使用小型電池組為電動(dòng)機，步進(jìn)電動(dòng)機，螺線(xiàn)管和其他類(lèi)型的執行器提供動(dòng)力，從而將網(wǎng)絡(luò )世界的虛擬意圖轉化為現實(shí)行動(dòng)。
圖1a。步進(jìn)電機正在發(fā)現越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)應用，例如這種遠程激活的散熱器控制器。
圖1b。 帶有Microchip AVR IoT開(kāi)發(fā)板的散熱器控制器。
在本文中，我們將重點(diǎn)介紹步進(jìn)電動(dòng)機，因為它們的分段轉子和電樞結構使它們能夠以小的，精確的離散步長(cháng)旋轉，并且在不加電的情況下仍能保持其位置。這使它們在面向物聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)中表現良好，例如定位安全攝像機和遠程傳感器或啟動(dòng)通風(fēng)口，閥門(mén)和窗蓋。
使用有限的電源
盡管某些機動(dòng)化IoT設備采用線(xiàn)路供電，但現在需要越來(lái)越多的應用程序在偏遠地區運行，通常使用相對較小的低壓能源，例如單個(gè)鋰離子電池或AA或AAA電池。對于家庭和辦公室周?chē)脑S多物聯(lián)網(wǎng)應用程序，這些應用程序應該融入環(huán)境中，這意味著(zhù)它們沒(méi)有電源線(xiàn)。
從理論上講，電池電源將可用于許多此類(lèi)應用，因為它們很少使用電動(dòng)機，因此它們對電池有限容量的影響相對較小。但是，電池可能無(wú)法提供更高的驅動(dòng)電壓和步進(jìn)電機為其線(xiàn)圈通電所需的相對較大的電流脈沖。如表1所示，最常用的電池具有大量的內部電阻，隨著(zhù)輸出電流的增加，它們的輸出電壓會(huì )降低。
表1.小型電池特性
幸運的是，存在一些克服這些限制的簡(jiǎn)單策略，包括電源緩沖，升壓轉換器和定制繞線(xiàn)式步進(jìn)器。讓我們看一下每種策略的工作方式。
供應緩沖
一種簡(jiǎn)單的技術(shù)稱(chēng)為“電源緩沖”，可通過(guò)添加超級電容器來(lái)補充小電池的有限輸出，該超級電容器可以提供短的高電流脈沖。
超級電容器的尺寸可以使用以下公式計算：
C = dU * I / t
哪里：
dU =電池的最大內部允許壓降，
I =補充電池輸出所需的電流，并且
t =所需的工作時(shí)間
目前，超級電容器只能承受最大2.7V的工作電壓，并且如果電源電壓可以超過(guò)該值，則需要保護電路。當需要更高的電壓時(shí)，可以串聯(lián)兩個(gè)或多個(gè)超級電容器，但是電路必須包括一個(gè)齊納二極管或其他用于平衡電壓的設備（圖2）。
圖2. 具有齊納二極管過(guò)壓保護（2.5V）的超級電容器平衡電路。
現在，包括Maxwell，Skeleton和Vishay在內的許多組件制造商已廣泛提供適用于這些類(lèi)型應用的超級電容器。
升壓轉換器
某些IC（包括許多流行的電機驅動(dòng)器）難以在小型電池組提供的低電壓下運行，尤其是在使用壽命即將結束時(shí)。升壓轉換器是低成本的IC，可用于將電池電壓提升多達三到四倍，并在電池壽命即將結束時(shí)將系統的電源電壓維持在均勻水平。這些轉換器在高負載下非常高效（90％-95％），但在輕負載時(shí)效率會(huì )有所下降。它們可以用作獨立解決方案，也可以與超級電容器結合使用。