Arduino bajo consumo


#1

Hola,

Como sabéis en el foro de la web antigua comenzamos un hilo sobre bajo consumo en arduino. Yo sigo estando bastante interesado en el tema, así que seria interesante continuar en la nueva web aportando información sobre el tema.

Durante este tiempo he analizado el consumo de un arduino Pro Mini y de un microcontrolador ATMEGA-328P. A continuación hay un cuadro resumen con los diferentes arduinos que he probado y su consumo con varios skecht y librerías de bajo consumo, todo ello alimentado con 4 pilas AA (6V).

De todo ello la conclusion que saco es que para reducir el consumo al máximo lo mejor es utilizar un microcontrolador solamente y en el skech incluir la librería de bajo consumo JeeLib.

Ahora el problema que se me plantea es como alimentar el microcontrolador Atmega328P. Para las medidas de consumo he utilizado 6 V, pero según las recomendaciones esto es excesivo para el micro, así que necesitaría un regulador de tensión.

A continuación reproduzco un correo que le mandé a Antonio con toda la información sobre reguladores de tensión que he ido consiguiendo de diferentes fuentes, así como su respuesta.

Si alguien tiene experiencia con reguladores de tensión de bajo consumo (“ultra low quiescence”), o sobre reducción de consumo en arduino en general, estaría bien que la compartiera.

Saludos, Javier.

*Hola Antonio,

Soy Javier, hemos coincididos varias veces en las quedadas de hacklab. Te escribo a tu correo dado que cerraron la web antigua donde estaba el hilo sobre bajo consumo en arduino del foro, y no sé si te has dado de alta en la nueva web, por lo que no he comenzado un nuevo hilo sobre el tema.

Siguiendo tu consejo compré un microcontrolador y he sido capaz de programarlo. El consumo que tiene cuando está “hibernando” es muy bajo, sobre unos 15 microA, lo que está muy bien. te adjunto una foto para que veas el montaje en funcionamiento.

Ahora el tema que me traigo entre manos es como alimentarlo, ya que en las pruebas utilice 4 pilas (6 V) y esto es demasiado según las recomendaciones para el micro ATMGA 328P, así que necesito un regulador de tensión para poder tener funcionando el sistema durante semanas sin riesgo de quemarlo. El más común que encuentro es un 7805, que según dice todo el mundo consume mucho al ser un “regulador lineal”. Buscando en internet he encontrado que hablan de reguladores "ultra low
quiescent" que consumen cuando el circuito no esta activo unos 2 microA, pero según dicen son “superficiales” (no sé que quiere decir esto), también he encontrado información sobre tipo R78E que son “reguladores conmutados” (tampoco sé que quiere decir). Incluso en youtube (https://www.youtube.com/watch?v=pLE4Hpk1XHw) hay un vídeo donde alimentan un arduino pro mini con una pila de 1,5V y utilizan un “convertidor” NCP1402, por lo que entiendo con este “convertidor” no reducen el voltaje sino que lo incrementan.*

Te escribo porque estoy un poco liado, y me gustaría si me puedes consejar sobre el tema. Lo que necesito, no sé si será posible, es un regulador que me permita alimentar el microprocesador (y otros
componentes que añada como sensor de temperatura) a partir de 4 pilas (6V) sin riesgo de que se queme el sistema. Así que tendría que pasar el voltaje a 5v, y que no consumiera el regulador cuanto es sistema está en modo “bajo consumo”. O si es posible usar menos pilas y el “convertidor” que comentan en youtube. Y que el encapsulado permita que lo pueda insertar en una protoboard o un PCB “normal”.*

Si me puedes aconsejar algún modelo que pueda utilizar o alguna web donde pueda buscar una información clara y fácil para gente sin mucho conocimiento te lo agradecería.

Gracias de antemano.
Un saludo
Javier

Hola Javier,
Si que estoy registrado en el nuevo foro, y aunque estoy suscrito y me llegan por mail los comentarios no comento mucho porque apenas me queda tiempo con el trabajo (por eso hace tiempo que no me escapo a ninguna actividad del hacklab). Así que haces bien en escribirme por aquí, aunque también deberíamos ponerlo por la lista de correo ya que seguro que también te podrán ayudar otros compañeros que saben de esto mas que yo, y sobre todo le valdrá de ayuda a otras
personas que tengan la misma duda.

Los reguladores de las familias 78XX y 79XX no son muy recomendables para este tipo de aplicaciones como me comentas, están mas pensado para sistemas alimentados y suministro de potencia mayor (piensa en amplificadores, sistemas de transmisión, y en general cualquier circuito
que consuma bastante y que este alimentado a la red eléctrica mediante transformador). La familia 78XX da salidas con voltajes positivos y la familia 79XX voltajes negativos. En ambos el XX indica el voltaje de salida.

Con respecto a lo de Circuitos integrados “superficiales” imagino que refiere a circuitos integrados de
montaje en superficie [1] (SMD o SMT). Estos son los circuitos que no tienen patillas largas y que se montan en las placas de circuito soldados en la misma cara sin que haya que hacer agujeros para pasar las patillas. Estos circuitos tienen muchas ventajas (menor coste, menor tamaño, mayor velocidades, mejor comportamiento frente a interferencias electromagnéticas, …) y solo una desventaja para la electrónica de aficionado y es que son mas “difíciles” de trabajar ya que no puedes pincharlos en una protoboard y empezar a trastear. Yo cuando he tenido que probar alguno me he hecho una plaquita convertidora donde lo soldaba y le ponía patillas a alguno de los encapsulados estándar que si que inserta perfectamente en una proto. Algo como esto [2] pero en plan casero.En cualquier caso yo te sugeriría que usaras este tipo de encapsulados para los reguladores ya que todo son ventajas para el tipo de proyecto que quieres y el consumo del mismo.

En cuanto a lo de reguladores conmutados es simplemente una tecnología de fabricación. Muy a groso modo, tienen “interruptores” internos (transistores) con los que trocean la alimentación de entrada y después jugando con la frecuencia de conmutación de esos transistores y otra electrónica adicional consiguen una tensión estable a la salida. No debe preocuparte como consiga la tensión de salida los CI pero si que te suene porque tecnicas similares se utilizan mucho en electrónica como por ejemplo con las salidas PWM de los arduinos y la instrucción analogwrite().Dentro de este tipo de reguladores los hay reductores (que reducen la tensión, ej de 12Vdc a 5Vdc) y los hay elevadores (que incrementan la tensión, pej 3Vdc a 5Vdc). De ese tipo es la familia NCP1402 como el que monta el del vídeo. Aunque estos reguladores suelen necesitar mas elementos externos para funcionar (pequeñas bobinas). Los esquemas de ejemplo de uso siembre vienen en las hojas de características del componente.

La verdad es que no soy ningún experto en el tema pero mis recomendaciones irían por aquí:Si
optas por un micro utiliza uno que se alimente al voltaje mas bajo posible. Si es a 3,3Vdc mejor que a 5Vdc ya que todo son ventajas de cara al consumo. Idem para los sensores.Separa la alimentación del micro de la de los sensores y controla la alimentación de todos lo superfluo (cuando se esta dormido) desde el micro (muchas veces se puede realizar mediante un transistor que alimente o no todos los sensores solo cuando el microcontrolador esta despierto). Esto quizás te obliga a dejar cierto tiempo cuando el micro se despierte para que los sensores se alimenten y estabilicen su señal de salida. pero sera irrisorio y mas aun comparados con los tiempos del micro dormido.Utiliza componentes SMD siempre que puedas He realizado una búsqueda rápida en la gran G de “ultra low quiescent” y me aparecen esta familia de TI [3] con unos consumos muy reducidos cuando hay poca demanda a la salida (caso del microcontrolador dormido si cortas a alimentación de todos los sensores).Utiliza convertidores elevadores como el del vídeo si quieres alimentar desde 1 o dos pilas y “escurrirlas” al máximo.

Yo suelo comprar en RS. Te dejo una búsqueda de convertidores Dc-Dc [4] donde puedes ir mirando el que mas te interese en base a estos consejos. Puedes ir filtrando según distintos parámetros y sobre todo, mira siempre en las hojas de características ya que ahí tienes toda la información. Cualquier parámetro que no entiendas dímelo y mirare a ver si yo lo entiendo y puedo explicártelo.

Espero que te ayude en algo esta parrafada.Un saludo y a ver si consigo acercarme a alguna de las reuniones y comentamos en persona.

PD.
Si te parece crea un nuevo hilo en el foro nuevo y copia estos correos para que puedan añadir y corregir otros compañeros del hacklab que sepan mas que yo del tema.

[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Tecnología_de_montaje_superficial
[2] http://www.ebay.es/itm/Surface-mount-SOIC8-to-0-1-DIL-Adaptor-Adapter-Converter-for-Breadboard-/201199692264[3] http://www.ti.com/product/lm2936
[4] http://es.rs-online.com/web/c/semiconductores/circuitos-integrados-de-control-de-alimentacion/convertidores-dc-dc/?applied-dimensions=4294546212,4294470706&esid=cl_4294967294,cl_4294473773,cl_4294548281,cl_4294473946,cl_4294473947,cl_4294474178,cl_4294548092,cl_4294473945&m=1


Ayuda: Modo Sleep Arduino usando librería Snooze
#2

Puff me encanta este hilo, de verdad, para mi es el mejor del foro. Trataré
de aportar mi granito más adelante, que ahora ando liadísimo.
El 27/4/2015 11:45 p. m., “JavierNo” hacklabalmeria.discourse@gmail.com
escribió:


#3

Regulador R-278Exx-0.5
Creo que este regulador es de lo mejor que puedes encontrar ahora mismo


#4

Hola,
He buscado información sobre reguladores de bajo consumo y he encontrado los siguientes:

  • R-78E3.3-0,5 (comentado por Juanky más arriba) da 3,3V.
  • MCP1702-3302E da 3,3V
  • MCP1702-5002E da 5V
  • LF33CV da 3,3 V

Todos estos reguladores, junto con el L7805CV, los he probado con un micro Atmega328P, alimentado con 4 pilas de 1,5V y los consumos que he obtenido son los siguientes:

Como podéis comprobar cuando no se utiliza regulador los consumos son más elevado y en algunos caso parece que incluso se bloquea el micro (marcado con # ya que no pasaba a Down el led). Es mejor los resultados con reguladores de 3,3V que con los de 5V.

En relación a los reguladores de 3,3V el R-78E3.3-0,5 es más eficiente cuando el sistema está funcionado, pero cuando está dormido el mejor es el MCP1702-3302E.

Aquí dejo esta datos por si a alguien le son útiles.
Javier


#5

El mejor post de Hardware del foro!!!


#6

Por si necetais más información os dejo estos 2 posts[SPAM]:


#7

Muy útil la tabla XD


#8

Hola,
Buscando información sobre reguladores de voltajes he visto en unos casos utilizan dos condensadores, uno a la entrada y otro a la salida como en el enlace que indicaba Victor más arriba, y en otros caso utilizan 3 condensadores, uno a la entrada y dos a la salida como en el RBBB de JeeLabs, de donde he sacado la imagen de aparece acontinuación con 3 condensadores y un diodo.

Alguien con conocimientos de electrónica puede comentar a qué se debe utilizar 3 condensadores en lugar de dos, qué ventajas tiene y si es necesario para un diseño de placa casera
.
Aquí los enlaces de JeeLabs con el pdf comentado y algunas de sus placas.


http://jeelabs.net/projects/hardware/wiki/JN

Saludos
Javier


#9

Hola buenas,

¿Cómo medís la potencia consumida del AT-MEGA? ¿Midiendo la corriente en qué punto? ¿Lo habéis programado de alguna forma concreta?

Saludos y gracias anticipadas


#10

Lo suyo es usar fuentes de alimentación que muestran el consumo. Alimentas el arduino con ella y sabes el consumo que está teniendo la placa.


#11

Si no tienes dichas fuentes utiliza un multímetro, mide el amperaje, recuerda que hay que realizar la medida en serie y no en paralelo como sería para el voltaje. Multiplicando ambas medidas obtienes la potencia. En los reguladores teóricamente se conserva la potencia, esto nunca pasa en la realidad, con la potencia de entrada y la de salida puedes sacar la eficiencia del mismo.

Lo de los condensadores suelen verse incluso 4, sirven para obtener una señal en continua de mas calidad atenuando el rizado que pueda tener la fuente y eliminando en parte el ruido, se suelen poner a pares uno electrolítico y otro de mica, el electrolítico tiene mayor capacidad, por lo que puede regular mejor el voltaje pero tiene un mal funcionamiento frente al rizado que pueda haber en alta frecuencia por eso se pone el de mica que aunque de menor capacidad opera bien en altas frecuencias.

En cuanto al diodo parece tener una función de protección contra inversiones de voltaje. También se le puede encontrar con frecuencia colocado entre la alimentación del regulador y la salida del mismo.


#12

Entonces si yo tengo un circuito completo con ciertos componentes a los que no puedo acceder porque están prefabricados, para medir la potencia debo medir la intensidad que hay a la entrada??? Con ello y el voltaje tendré la potencia consumida del circuito???


#13

@mario la potencia es voltaje * intensidad. Si sabes que voltaje usa a la
entrada, con medir la intensidad, solo tienes que hacer una multiplicación
El 5/6/2015 10:21 p. m., “mario” hacklabalmeria.discourse@gmail.com
escribió:


#14

Gracias a todos, creía que era así pero tenía mis dudas pues quiero la potencia consumida y pensaba que tendría que medirlo en algún punto a la salida o después del dispositivo en cuestión o similares… no sé que me he hecho un lío yo sólo.

PD: Muy bueno el post y el foro en general!


#15

Buenas noches

No se muy bien para qué quieres utilizar un regulador de tensión.
Todos los reguladores de tensión de la serie 78xx consumen el exceso de tensión convirtiéndolo en calor, por tanto es energía que se desperdicia de las baterías. Sólo sirven para calentar las placas de arduino :frowning:

Cuando se monta un atm328 sólo, en una protoboard, el consumo desciende de forma importante con respecto a un arduino completo. Esto es debido a que no es necesario alimentar electrónica innecesaria como por ejemplo el controlador de USB.

Si lo que quieres es realizar proyectos de bajo consumo lo mejor es montar tus propias placas, sólo con el micro y pocos componentes más. Yo realizo mis propios paper-duinos y los alimento, directamente, con baterías de litio de 3,3 o 3,7V. Como sabrás, cualquier micro de esta serie, ya sea el atm328, attiny, etc, admiten una tensión de alimentación entre 1,8 y 5,5 V.

El tema de que los arduinos trabajen a 5V es una convención impuesta por la comunicación vía USB, pero el micro, realmente, no lo necesita.

El año pasado también estuve investigando el tema de reducción de consumo en los micros y encontré esto:

http://www.gammon.com.au/forum/?id=11497

  • Si quieres utilizar una pila de 1,5V, como te indican más arriba se puede utilizar un conversor DC-DC o step-up
    Los venden el aliexpres por poco más de 1€ (no hay que comprar 100). Los he utilizado y van muy bien. Literalmente estrujan las pilas a tope.

Por ejemplo este:
http://www.aliexpress.com/snapshot/6667532681.html?orderId=67231065427198

Saludos.


#16

Increible el post :ok_hand: , felicidades!me lo marco como favorito para seguirlo,

a nivel FW me gustaria ver si reduce el consumo usando las siguientes lineas:

MCUCR |= (1 << BODSE); // Allow brown-out deactivation
MCUCR |= (1 << BODS); // Brown-out deactivation
ADCSRA &= ~(1 << ADEN); // ADC deactivation
PRR = 0xFF; // Power reduction register activated

Para volver al modo normal:

PRR = 0x00; // Power reduction register deactivated
ADCSRA |= (1 << ADEN); // ADC activation
MCUCR &= ~(1 << BODS); // Brown-out activation
MCUCR &= ~(1 << BODSE); // Forbid brown-out deactivation

Solo funcionan para el 328P.
EDIT: ARDUINO UNO tambien lleva el 328p

Un saludo.


#17

Y falta parte que se quedó en el anterior Foro que teníamos


#18

Todo esto tendría que ir al GitBook…


#19

@MiguelAngelLV cuando nos enseñéis a usar Git, etc… XD

El 8 de junio de 2015, 19:25, MiguelAngelLV <
hacklabalmeria.discourse@gmail.com> escribió:


#20

Paciencia… que ya queda menos… en cuanto termine el taller de H.A. me pongo con el de Gitcoso.