ARDUINO HABER: Arduino’da Güç Tasarrufu ve Interrupt Kavramı

20 Haziran 2015 Cumartesi

Arduino’da Güç Tasarrufu ve Interrupt Kavramı

Arduino tek başına kullanıldığında 60mA gibi oldukça fazla güç harcayabilen bir yapıya sahip ancak bunu düşürmekte bir o kadar kolay.

Öncelikle Arduino’yu direkt pil ile çalıştırabileceğinizi düşünüyorsanız maalesef yanılıyorsunuz. Evet, pratikte bu mümkün, 9v bir pili bağlarsınız ve işte çalışır. Hepsi bu! Gerçekten mi evet gerçekten çalışır ama yaklaşık 5 saat kadar çünkü 9v piller yaklaşık 250mA güçtedir ve Arduino’nuz 50mA güç tüketse piliniz bu zulme kabaca 5 saat dayanabilir. Peki ya sonra? Sonra yeni bir pil.

Tabi ki böyle bir durum kabul edilebilir değil. Peki, ne yapabiliriz? Burada iki çözümümüz var birincisi Arduino’muzun normal çalışma şartlarında daha az enerji tüketmesini sağlamalıyız. İkincisi ise çalışmadığı zamanlarda uyumasını sağlamalıyız ki pilimiz aylarca devremizi çalıştırabilsin. Tabi projeye göre hangi pili kullanacağımızı da belirlemeliyiz.

Arduino’yu sadeleştirmek

Aslında Arduino oldukça sade bir yapıdadır. Board her ne kadar işimizi kolaylaştırsa da proje haline getirilmesi gereken bir iş için çok gereksiz ve hantaldır.

Arduino Uno bildiğiniz gibi Atmega328 ile çalışır. Ve bu 28 ayaklı entegrenin çalışması için aslında 2 GND, 2 VCC 2, Kristal ayağı ve 1 Reset ayağının yani toplamda 7 ayağın bağlanması yeterlidir. Bizim de ilk yapmamız gereken budur. Bunu da bir breadboard üzerinde kolayca yapabiliriz. Peki, neden bunu yaptık? En önemli sebebi aslında bir 5v ve 3v3 regülatörlerini, bir kez kullandıktan sonra ihtiyacımız kalmayacak programlayıcı entegresini ve hatta gereksiz LEDleri istemiyoruz. Çünkü bunların hepsi gereksiz yere akım tüketiyorlar. Biz çok daha uzun süre pille çalışabilecek bir yapı istiyoruz.

Breadboard üzerinde Arduino programlamak

Tabi bu istediğimiz yapıyı kurmanın bazı bedelleri var yani şimdi nasıl programlayacağız diye düşünüyorsanız o iş hala çok kolay. Tek ihtiyacınız olan bir FT232 USB-Serial dönüştürücü. Ben programlayıcı konusuna fazla girmiyorum aslında bu başka bir yazı konusu. Tabi bu programlamayı yapmak için ATmega328’e bootloader yüklenmiş olmalı. ATmega328 entegresini boardunuzdan sökmenizi tavsiye edebilirim.

FT232 bağlantısı son derece kolaydır. Bu modül üzerinde genellikle GND, 5V ve 3V3 çıkışları hali hazırda bulunur. Yani boardu pile geçene kadar buradan besleyebilirsiniz. Bunun dışında, kullanacağımız çıkışlar 3 adet; TX, RX ve DTR. TX ve RX zaten USB ile haberleşen ve programımızın geldiği hatlar. Bunları ATmega328’in RX(2. pin) ve TX(3. pin) lerine bağlıyoruz. Burada bir fark var USB dönüştürücüden gelen ve ATmega328 üzerinde olan bağlantılar çaprazlanacak yani TX->RX’e RX->TX e gidecek sonuçta biri alıcı diğeri verici. DTR ise burada önemli, bu pini direkt ATmega328’in RESET(1. pin)’ine bağlamalısınız ki bunu bağlamadan önce RESET-VCC arasına bir 10K direnç atmış olmalısınız yoksa RESET GND ye gittiğinde işlemcimiz resetlenir.

Arduino uyku modu ve kesmeler

Arduino oldukça kolay uyuyabilir. Bunun için yapmanız gereken

1 2	#include <avr/sleep.h>; #include <avr/power.h>;

kütüphanelerini ekleyip daha sonra

void enterSleep(void)

{

set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);

sleep_enable();

sleep_mode();

sleep_disable();

}

gibi bir fonksiyon yazıp bunu setup fonksiyonunun sonunda çağırmaktır. Evet, bunu hemen denerseniz görürsünüz ki Arduino -belki artık sadece ATmega328 demek lazım- uyur. Çok da güzel uyur. Ama onu uyandırmanız şuan için imkânsız çünkü bunu için hiç bir şey yapmadınız. Size ilk tavsiyem setup fonksiyonundan sonra enterSleep fonksiyonunu çağırın ve akımı ölçün mili amper görmeniz imkânsız artık mikroamperler seviyesindeyiz 20 belki 10 mikroamper.

Tabi işlemcimiz sonsuza kadar uyumamalı arada bir ya da biz ne zaman dersek uyanıp işini yapmalı sonra tekrar uykusuna dönebilir.

Arduino Nasıl Uyansın?

Bunun tek yolu var o da interrupt yani kesme isteği göndermek. Bunlarda iki ye ayrılıyor dış interrupts ve iç interrupt. Dış dediğimiz direk olarak ayaklarından birinde bir gerilim değişikliği olunca. Diğeri ise içerden bir saat kurarak uyandırmaktır.

Dış Interrupts (Kesme İstekleri)

Bir interrupt geldiğinde işlemcimiz uyanır ve kesme isteği ile ilgilenir. Ancak bu her pin için geçerli değil ATmega328 sadece 2 giriş için bunu yapar onlar da Dijital 2 ve Dijital 3 yani 4. ve 5. pinler. Diğer işlemciler için farlı pinler söz konusu buradan bulabilirsiniz. http://arduino.cc/en/Reference/attachInterrupt. Diğer yandan bunlardan gelecek istekleri bir fonksiyon ile ilişkilendirmelisiniz. Bu işlem genellikle setup bölümünde yapılır ve şuna benzer;

1 2	attachInterrupt(0, cagriInterrupt, LOW); attachInterrupt(1, iptalInterrupt, LOW);

Burada 0 ve 1 nolu interruptlar yani Dijital 2 ve 3 girişleri cagri ve iptal diye birer fonksiyona bağlanmışlardır. Yani bir interrupt alındığında bu fonksiyonlar çağırılır. 3. parametre genelde LOW olarak kullanılır ki bunu kullanabilmek için normalde bu pinin HIGH yani 1 olması gerekir ki bu da bu pine bağlanacak bir 10K – VCC arası direnç ile sağlanabilir. Bu parametre farklı değerlerde alabilir ancak en çok kullanılan budur diye burada değinmiyorum.

Interrupt alındıktan sonra bizim fonksiyonumuz çalışmaya başlar ardından da loop çalışır ta ki siz tekrar enterSleep komutunu çağırana kadar. Burada dikkat edilmesi gereken kesme isteğinin bir kez daha gelmemesi gerekir ki biz işimizi bitirebilelim. Bunun için çok pratik bir fonksiyon var. Diyelim ki 0 nolu kesme isteği geldi yani Dijital 2 (4. pin) LOW oldu cagriInterrupt() fonksiyonumuz çalışır. Bu fonksiyonun başına detachInterrupt(0); eklersek artık butona tekrar tekrar basılsa da hiç bir şey olmaz çünkü artık o kesmeye ilişkili bir fonksiyon yok biz o ilişkiyi bitirdik. Tabi uykudan önce buradan tekrar bir kesme almak istiyorsak tekrar attachInterrupt fonksiyonunu çalıştırmalıyız. Hatta enterSleep fonksiyonunun başında attach yaparsak daha iyi olacaktır. Böylece uyumadan önce interruptlar gerekli fonksiyonlarla ilişkilenir.

İç Interrupt ile uyandırma

Aslında bunu yapmanın bir tek yolu var o da WDT (Watch Dog Timer). Bu aslında işlemcinin kilitlenmesini engellemek için konulmuş bir özelliktir ve çok işlevseldir. Watch Dog yani bekçi köpeği çalıştırılırsa ve ayarlanan süre dolmadan resetlenmezse “havlar” yani işlemciyi resetler ve böylece kısır döngülerden kurtulursunuz ancak bir başka çalışma şekli daha var. Aynı işlemi yapar ancak resetlemez yani belli periyotlar ile örneğin 1sn de bir -ki bunun için farklı zamanlamalar ayarlanabilir- işlemciye bir interrupt gönderir ve uyanıp bir işlem yapmasını sağlayabilir.

Arduino’yu düşük gerilimlerde çalıştırma

Gelelim asıl akımı düşürme konusuna. ATmega328 aslında 1,8v’a kadar düşük gerilimlerle çalışabilir ama Arduino board çalışamaz çünkü bu gerilim seviyelerine inebilmek için işlemcinin hızından ödün vermek gerekiyor. Arduino board her ne kadar 16Mhz bir kristalle çalışıyorsa da ATmega328 daha yüksek ya da düşük kristaller ile de çalışabilir. Maksimum 20Mhz ile de çalışabilir ancak bu durumda 5.5v’a ihtiyaç duyar tabi daha fazla akım harcar.

Bu ilişkiden yola çıkarsak 2Mhz kristal ile de çalışabilir ki bu durumda daha az gerilim ve akım ile. Benim hedefim 1,5v tek pile düşemeyeceğimiz için 3v. Bu durumda 2Mhz ya da 4Mhz kristal ile hem çalışma akımı hem de uyku akımını çok düşürebiliriz. Böylece iki adet kalem pil ya da CR2032 gibi düğme ya da para pil denilen küçük piller ile devremizi çok küçültebiliriz. Artık pil ile çalıştığımız için herhangi bir regülatöre de ihtiyacımız kalmamıştır.

Pil Seçimi

Pil seçimi tamamen size kalmış. Burada karar vermeniz gereken ne kadar küçük bir cihaz istiyorum ve bu pil ile ne kadar uzun süre çalışmasını istiyorum. CR2032 200-250mA arasında bir güç harcar ki bu demek oluyor ki 20uA bir bekleme akımı ile yaklaşık 400 gün bekleyebilir, tabi pratikte sürekli beklemez. 15mA gibi bir çalışma akımı elde edebilirseniz sürekli 15 saat çalışabilir demektir. Yani güç tasarrufunuz yine de işlemcinizin hangi aralıklarla ne kadar süre çalışacağına kalmış. CR2032 sizin için yeterli değilse AA boy bir kalem pil 1000 hatta 2500mA e kadar çıkabilir. Ya da biraz daha küçük olanları yani AAA size olan kalem pillerin şarjlı olanları da 1000mA e kadar çıkabilmektedir. Burada iki adet 1000mA pil kullandığınız için 2000mA olduğu yanılgısına düşmeyin. İki adet 1,5V 1000mA piliniz varsa bu bir adet 3V 1000mA piliniz var demektir.

2 yorum :

yimbiraralik21 Haziran 2015 14:56
Hocam elinize sağlık güzel yazı, bugüne kadar arduinonun tükettiği enerjiyi kafaya takan kimse olmamıştı. Genelde ve hala esas problem ya da ilgilenilen mevzu, nasıl programlanabilir, neler yapılabilir, hangi işlem için hangi kart daha uygundur vs. olduğundan biraz garip geldi :)
YanıtlaSil
Yanıtlar

Yorum ekle

Kaydol: Kayıt Yorumları ( Atom )