vp-handmade
6 лет назад"Гильдия Мастеров". Моноблок из сгоревшей матрицы, пластикового подноса и модулей из Поднебесной. Часть 4. Система резервного питания
Автор @mp42b.
С предыдущими частями истории можно ознакомиться здесь:
Командор пробега развалился на рыжем сиденье, с удовлетворением поглядывая на своих новых подчиненных.— Адам! — закричал он, покрывая скрежет мотора. — Как зовут вашу тележку?— «Лорен-дитрих», — ответил Козлевич.— Ну, что это за название? Машина, как военный корабль, должна иметь собственное имя. Ваш «лорендитрих» отличается замечательной скоростью и благородной красотой линий. Посему предлагаю присвоить машине название — «Антилопа-Гну». Кто против? Единогласно.Илья Ильф, Евгений Петров. Золотой теленок.
(Отсюда)
Быть может вы застали те чудесные времена, когда деревья были большими, а персональные компьютеры, в большинстве своем, настольными. А может и сейчас вы читаете эти строки, уютно расположившись за рабочим столом, а на столе, или под ним (не суть важно), шуршит вентиляторами процессорный блок.
И если так, то тогда вам, скорее всего, знакома ситуация, когда, в самый важный момент работы, из-за сбоев электропитания процессор уходит на перезагрузку, или просто отключается при прекращении подачи электроэнергии (говоря по-простому "когда свет вырубили").
Это, в общем, не страшно. Хотя бы до тех пор, пока вы не вспомните, что, работая над важным документом, последний раз нажимали кнопку "Сохранить" несколько часов назад. Гамма чувств, нахлынувших на вас в такой ситуации довольно интересна для последующего самоанализа. Но по большей части, чаще всего, это просто печально.
Да и эта проблема решаема. Программы становятся все умнее и умеют делать архивные копии документов самостоятельно, раз в несколько минут, и восстанавливать их после сбоя. Ну а для предотвращения ситуации внеплановой перезагрузки или выключения компьютера давно используют источники бесперебойного питания. Иногда их еще называют "упсами", от UPS - Uninterruptable Power Supply.
Возможно такой есть и у вас. Да, вот тот тяжеленный, размером с кирпич или больше. Тот, который вы все время задеваете ногой, если вдруг он стоит у вас под столом. Вся его роль - обеспечить компьютеру и пользователю некоторое количество минут или часов непрерывной работы, чтобы можно было спокойно сохранить нужные результаты и правильно завершить работу с системой. Те из них, что встречались мне, обеспечивали от 40 минут до полутора часов автономной работы при свежих аккумуляторах. Да, бывают и более мощные и энергоемкие, но они не для простого пользователя, ибо дорого. Это, скорее, уже удел серверов и прочих хранилищ данных.
Если же у вас на дворе более поздняя эпоха ноутбуков, то здесь эта проблема решается проще. Здесь нет необходимости поднимать напряжение питания (от заранее сохраненной в аккумуляторах энергии) с 12 Вольт до 220-ти. Да и зачем? Чтобы потом блок питания компьютера снова сделал из них 12 или 5? Лучше от отдельного тяжелого и громоздкого источника бесперебойного питания вовсе отказаться, блок питания ноутбука вынести наружу, а аккумуляторы (вернее батарею, состоящую из нескольких аккумуляторов) поместить внутрь. А для зарядки встроенных аккумуляторов использовать небольшую плату с микроконтроллером. И вот она, независимость от розетки и те же несколько часов автономной работы, как у лучших источников бесперебойного питания из эпохи динозавров настольных компьютеров. По такому принципу (аккумуляторы и плата, контролирующая их заряд) устроены большинство батарей современных ноутбуков.
Попробуем сделать аналогичное устройство и мы. Если его сделать в виде отдельного устройства, то получится 12-ти вольтовый PowerBank. Обеспечивающий на выходе до 3-х Ампер потребляемого тока. Заряжать его можно будет от блока питания скалера. Достаточно добавить к нему один или несколько импульсных регулируемых стабилизаторов напряжения (на микросхеме XL4015, рассмотренных в предыдущей части) и можно получить PowerBank на несколько уровней выходного напряжения, хоть на 9, хоть на 5, хоть на 3.3 Вольт.
Но мы выберем другой путь, и расположим его внутри конструкции моноблока. При этом импульсные стабилизаторы в нем уже установлены. Осталось добавить аккумуляторы и зарядное устройство в виде нескольких модулей.
А можно ли обойтись вообще без него? Да, вполне. Но если есть свободное место на поверхности подноса (изображающего собой несущую конструкцию) и если есть желание обеспечить, хотя бы временную, независимость от электрической розетки, так почему бы и не собрать?
Шаг 26. Аккумуляторы.
К выбору аккумуляторов стоит отнестись серьезно. Именно от них во многом будет зависеть длительность автономной работы устройства.
Из прошлого опыта мне понравились аккумуляторы Panasonic NCR18650B емкостью 3400 мАч и номинальным напряжением 3.7 Вольт.
Эти аккумуляторы рассчитаны на работу при потреблении тока до 3-х Ампер, они не сильноточные, для использования с электроинструментом, таким как, например, дрель или шуруповерт они не подойдут, а для моноблока - в самый раз.
Заказывал здесь. Раньше они шли под брендом Panasonic, теперь у продавца они называются VariCore. Степень их оригинальности исходному бренду, как обычно, оставим на совести продавца.
Нам понадобятся аккумуляторы так называемого промышленного применения, поэтому необходимости в плате защиты (PCB) для каждой отдельной банки аккумуляторов в данном случае нет. Функции защиты, как в ноутбуках, будут возложены на плату зарядного устройства.
Также хочу напомнить, что при использовании литий-ионных аккумуляторов нужно строго придерживаться правил электро- и пожарной безопасности.
Чтобы при пайке не подвергать аккумуляторы лишнему нагреву я выбрал модификацию с уже приваренными контактными "хвостиками", изолированными термоусадкой. Такие контакты легко паяются, при этом от них так же легко в процессе пайки делается временный теплоотвод, например с помощью зажима пинцета или плоскогубцев.
Для крепления аккумуляторов используется стандартный батарейный отсек на три штуки. У меня под рукой такого тогда не нашлось, поэтому я склеил вместе двойной и одинарный отсеки. Склеивал их секундным суперклеем. Можно было склеить три одинарных.
Контакты отсеков соединил последовательно. В результате такого соединения получаем от 11.1 Вольт (при номинальном напряжении заряда) до 12.6 Вольт (при максимальном заряде аккумуляторов).
Чтобы обеспечить большую надежность соединения сами контакты аккумуляторов также спаял последовательно друг с другом при помощи отрезков луженого медного провода. Хотя делать это было и не обязательно, в отсеках аккумуляторы закреплены надежно, не болтаются, да и контакт хороший.
Затем с помощью двойного многожильного провода соединил аккумуляторы с одной из частей девяти контактного D-SUB разъема. Ответную часть девяти контактного D-SUB разъема припаял к плате зарядного устройства.
Отсек с установленными аккумуляторами разместил в нижней части подноса-несущей, посредине, чтобы центр тяжести устройства располагался как можно ниже. Крепил с помощью винтиков-болтиков-гаек-шайб М3.
Шаг 27. Модули зарядного устройства.
Часто такие платы называют аббревиатурой BMS, от слов Battery Monitoring System (система мониторинга батареи).
Плата нужна для контроля и управления процессом заряда-разряда аккумуляторов. Обычно состоит из контролирующих напряжение аккумуляторов и ток их заряда цепей (или микроконтроллера, выполняющего эти функции) и нескольких силовых ключей. Подобные платы выполняются по различным схемам и рассчитаны на разное количество аккумуляторов и ток.
Я остановился на такой, на микросхеме 8254AA, рассчитанной на подключение трех элементов (3S) и максимальный ток, как заявлено, до 10 Ампер.
Так как наша плата зарядного устройства не содержит схемы балансировки (такая схема нужна для равномерного распределения заряда между отдельными элементами) то используем дополнительную плату балансира, рассчитанную на подключение до 4-х элементов, одна из ее секций при этом не задействована.
Подключается она аналогично плате зарядного устройства, каждая секция параллельно каждому аккумулятору, которые, в свою очередь, соединены друг с другом последовательно.
Так выглядит наглядная схема подключения аккумуляторов к данным платам. На схеме также показан индикаторный модуль, о котором расскажем ниже.
Я соединил обе платы отрезками луженого медного провода толщиной 1 мм. Также отрезки этого провода, напаянные на металлическую часть D-SUB-разъемов используются для крепления плат болтами и гайками М3 на подносе-основании. D-SUB-разъемы припаяны на входе и выходе зарядного модуля.
А так выглядит наше зарядное устройство, установленное в корпус моноблока.
Шаг 28. Индикатор заряда аккумуляторов.
Обычно уровень заряда аккумуляторной батареи отображается прямо на экране вашего устройства. Для этого используются как аппаратные (в виде измеряющего напряжение микроконтроллера), так и программные (в виде встроенного в операционную систему функционала контроля и управления энергопитанием) средства.
В нашем случае, с целью максимального упрощения, такой роскоши не будет. Мы используем аппаратный контроль уровня заряда. В виде еще одного дополнительного модуля.
Индикаторный модуль с помощью четырех светодиодов способен отображать 25%, 50%, 75%, 100% уровня заряда аккумуляторной батареи. Да, это не ахти какая точность, но на практике вполне достаточно.
Чтобы не расходовать заряд батареи на себя, обычно данный модуль выключен. Включаем его с помощью микрокнопки, расположенной на плате модуля и целых 5 секунд наслаждаемся ярко-синими результатами измерения. Затем модуль автоматически выключается. Для снятия следующих показаний нужно снова нажать на микрокнопку.
Да, еще, модуль боится статического электричества. Я случайно спалил один такой при сборке устройства. Поэтому если будете заказывать его, лучше, на всякий случай, берите парочку, с запасом. И при пайке-подключении желательно использовать паяльник с заземленным жалом или снимающий статику браслет.
Подключается данный модуль на выход 12 Вольт зарядного устройства и других особенностей не имеет.
Шаг 29. Подключение зарядного устройства.
С помощью третьего черного выключателя наше зарядное устройство можно подключать к 12-ти вольтовой шине питания моноблока.
Для этого нужно перевести черный выключатель в положение II.
Сначала я хотел использовать положение I для вывода напряжения на отдельный разъем, чтобы использовать зарядное устройство для питания внешних устройств, как PowerBank, но потом сообразил, что такой разъем в моноблоке у меня и так уже есть. Это разъем для подключения блока питания скалера. Он может работать не только на вход, но и на выход, выдавая напряжение с аккумуляторов. Достаточно при выключенных скалере (красном выключателе) и апельсинке (зеленом выключателе) включить черный выключатель в положение II.
И можно запитывать от моноблока и сторонние устройства.
Ну а при одновременно включенном зарядном устройстве и подключенном блоке питания скалера моноблок можно использовать в штатном режиме, при этом аккумуляторы подзаряжаются от блока питания.
В результате получившееся устройство резервного питания позволяет быть независимым от привязки к бытовой электросети. По характеристикам немного похоже на аккумуляторную батарею ноутбука. Одного полного заряда аккумуляторов хватает примерно на 1.5 - 2 часа (в зависимости от нагрузки и используемых приложений) автономной работы. Заряжается устройство также около двух часов.
На этом наше описание подходит к концу. Осталось сделать выводы...
1. В современном мире со сборкой подобного сложного технического устройства вполне можно справиться в домашних условиях, на коленке, используя при этом необходимые достаточно дешевые модули и комплектующие.
2. Также для сборки достаточно иметь базовые технические навыки и, кроме правильного соединения отдельных разъемов и комплектующих, желательно освоить простейшие приемы пайки. Кроме этого желательно иметь навыки по установке и настройке программного обеспечения, в том числе прошивок и операционных систем.
3. В случаях, когда требуются более глубокие знания достаточно иметь под рукой работающий Интернет и уметь составлять простейшие запросы к поисковым системам Google и Яндекс.
4. Полученное устройство, в отличие от iPhone, легко разбирается и собирается, вполне ремонтопригодно, и, так как состоит из дешевых модулей, позволяет почти безболезненно для бюджета их заменять на аналогичные в случае выхода из строя.
...и подвести некоторые итоги.
Например по цене. Надо же понять, насколько выгодно было его собирать.
Для начала подсчитаем примерную стоимость комплектующих, которых у меня не было в наличии и пришлось их докупать.
Затем добавим стоимость комплектующих, как если бы моноблок пришлось собирать с нуля. Для упрощения я не стал добавлять в этот список винтики-болтики-гайки-шайбы, а также латунные стойки, разъемы и подобную мелочь. Чтобы не пересчитывать. Будем считать, что они у нас есть всегда под рукой. Если вдруг нет - добавьте к общей получившейся цене еще примерно 500-700 рублей.
Осталось сравнить эти затраты со стоимостью моноблоков, продающихся в магазине.
В Ulmart.ru стоимость самых дешевых моноблоков на данный момент начинается от 20 тысяч рублей.
Так что некоторый выигрыш по цене у нас все-таки есть.
В NIX.ru цены на моноблоки начинаются также от 20 тысяч рублей.
В DNS цены на моноблоки пониже, начинаются от 16 тысяч. Если сравнивать с ним, наоборот, наша конструкция получилась на пару тысяч рублей дороже. А самый дорогой стоит 219 тысяч рублей.
Яндекс Маркет оценивает самый дешевый моноблок с жестким диском от 500 гБ до 1024 гБ на момент написания статьи в 16 с половиной тысяч. Самая высокая цена на подобные устройства здесь примерно 300 тысяч рублей.
На Aliexpress в основном продаются запчасти для моноблоков, но удалось найти целых два готовых устройства, за 14 с лишним тысяч рублей и за 26 с половиной тысяч.
Можете сравнить с любым из них, по желанию. Радует, что наши отечественные продавцы вроде особо цены и не завысили.
Получается, что наша конструкция, использующая noName компоненты проходит примерно по нижней границе цен подобных устройств. При этом стоимость отверточной сборки стремится к нулю. Основную долю цены составляет стоимость комплектующих.
Так что на заказ кустарно собирать подобные устройства смысла особого нет. Разве только что техногикам-энтузиастам для собственного интереса и самостоятельного развития. Или чтобы не пропадали восстановленные матрицы. Остальным гражданам при необходимости проще сходить в ближайший магазин электроники.
Хотя, еще, на сладкое, среди просмотренных предложений мне почему-то не попалась ни одна конструкция со встроенным TV-тюнером. Неужели это такая редкость?
Обычно к стоимости комплектующих продукта принято добавлять цену работы, на него затраченную.
Для простоты цену работы можно приравнять к стоимости комплектующих.
Или же можно посчитать количество затраченных часов, затем умножить их на некую среднюю стоимость одного часа, например отверточной сборки.
Мне бы не хотелось этого делать.
Потому что для меня работа с данной конструкцией была интересна, приносила радость и новые знания. Как же это оценить?
Быть может бесценно?
Из-за плеча Бендера на папку смотрели молочные братья.— Что там внутри? — спросил любопытный Паниковский.— О! — сказал Остап. — Там внутри есть все: пальмы, девушки, голубые экспрессы, синее море, белый пароход, мало поношенный смокинг, лакей-японец, собственный бильярд, платиновые зубы, целые носки, обеды на чистом животном масле и, главное, мои маленькие друзья, слава и власть, которую дают деньги.И он раскрыл перед изумленными антилоповцами пустую папку.Илья Ильф, Евгений Петров. Золотой теленок.
(Отсюда)
Ваши "Гильдия Мастеров" и @mp42b.
Статья подготовлена сообществом "Гильдия Мастеров" (@vp-handmade), в рамках проекта Vox Populi.
Вакансия
Платформе Pokupo.ru требуется человек, который сможет организовать маркетплейс для Голоса.
От нас — площадка, инструменты и 20% от прибыли.
От вас — предприимчивость, владение темой и упорство.