Помогите расчитать питание для подводного робота

Блоки питания, преобразователи напряжения, UPS'ы - это здесь :)
Ответить
Defect
Родился
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Чт мар 27, 2014 19:46:19

Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Defect »

Собираю подводного робота.
Примерные электрические компоненты:
Электроника:
- Роутер TP-Link MR3020 (для связи с управляющим компьютером по витой паре и для подключения веб-камеры).
- Платка на контроллере STM32F103 (для сбора данных с датчиков и для управления устройствами робота).
- Веб-камера (для смотрения на дно и рыбок :) ).
- Горстка датчиков (гироскоп, акселерометр, магнитометр и другие...).
Силовая часть:
- 4 бесколлекторных двигателя 2213N 800Kv (вращение лопастей).
- 3-5 сервоприводов TG9e (движение камеры и других примочек).
- Лампочки/Блоки светодиодов (для освещения и распугивания крабов).
- Возможно ещё что-то по мелочи.
СпойлерИзображение
Изображение


Самый большой потребитель здесь - это двигатели. 11 вольт, 9.5 ампер каждый. Но пиковые токи могут быть значительно больше. Следовательно, если включить их все сразу, будет около 40 ампер. Сервоприводы на 5 вольт. Ток какой не знаю, но думаю меньше одного ампера. Роутер - 5 вольт, 150-300 мА. Контроллер 5 вольт, ампер мало.
1) Получается, нужно разделить всё питание на 12 вольт и 5 вольт: аккумулятор взять на 12 вольт (для моторов) и как-то понизить его до 5 вольт для питания всего остального.
2) Нужно учесть, что роутер очень чувствителен к падению напряжения питания. Чуть-что, сразу уходит в ребут. Я уже собирал на нём радиоуправляемую машинку (из старой игрушечной машинки со стандартными китайскими моторчиками в ней). Питал от 4х батареек AA (в сумме 6 вольт!). При включении моторчиков роутер сразу перезагружается. В то-же время микроконтроллер на STM32 спокойно относится к таким просадкам напряжения.
3) Аккумулятора должно хватать хотя-бы на 2 часа работы при средних нагрузках (моторчики крутятся на полную 30-50% времени, я так думаю). Может взять аккумулятор из бесперебойника? Подойдёт он для таких токов?

Можете посоветовать, как всё это запитать более-менее эффективно?
Аватара пользователя
Maykill
Друг Кота
Сообщения: 73964
Зарегистрирован: Вт дек 20, 2011 12:46:51
Откуда: Петроград
Контактная информация:

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Maykill »

кормите от раздельных батарей....
силовую часть и электронику
https://www.int-s.spb.ru
" Можно я лягу?"(C)
Аватара пользователя
misterzu
Вымогатель припоя
Сообщения: 503
Зарегистрирован: Ср апр 16, 2014 18:31:46

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение misterzu »

Или пару-тройку десятков мелких ионисторов на 5.5В/1Ф для компенсации импульсных просадок в цепи логики и диод шоттки (или тут описанный аналог если жалко просадки на 0.2-0.3В) для предотвращения разряда ионисторов на сервоприводы. У них внутреннее сопротивление если хорошие - около 30 Ом. Если параллельно поставить 30 штук - то при токе 250mA в течении секунды, в конце которой напряжение на них почти не просядет, что всего до 4.75В в случае полного отсутствия наружного питания. А через минуту останется 4.7В. Вобщем хватит чтоб срочно всплыть :)
Dr. West
Вымогатель припоя
Сообщения: 664
Зарегистрирован: Вс окт 06, 2013 06:33:40

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Dr. West »

Импульсные DC-DC преобразователи. Можно самому собрать или купить готовые модули - их полно в интернет магазинах. Питать придётся от чего-то типа автомобильного аккумулятора, обеспечив положительную плавучесть.
И правильно заметили выше - раздельные каналы питания для силовой и управляющей части.
В случае отказа "мозгов" предусмотреть самостоятельное всплытие аппарата.
Аватара пользователя
Муркиз
Друг Кота
Сообщения: 25758
Зарегистрирован: Пн фев 09, 2009 22:19:49
Откуда: Когда-то был прекрасный город для людей

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Муркиз »

Раздельное питание - это обязательно. Плюс желателен резервный комплект питания - его можно и меньшей емкости, плюс отключение всего лишнего.

А вот сколько А/ч потребуется - это сначала корову покупают, а лишь потом подойник. Но с учетом сопротивления воды не следует рассчитывать меньше, чем на 20 -30 А/ч.
Вытянет ли такую нагрузку привод робота?
Defect
Родился
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Чт мар 27, 2014 19:46:19

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Defect »

Муркиз писал(а):Вытянет ли такую нагрузку привод робота?

Эти двигатели взял не просто так. Их используют в подобном проекте OpenROV. Так-что плавать должны. Но кроме двигателей практически ничего от туда не взял, а то выходит дорого (полный комплект для робота OpenROV стоит $849).

Аккумулятор от бесперебойника бывает на 26 А/ч, но весит он 8.25 Кг: ссылка. Большая ёмкость похоже только у автомобильных, но там и вес и цена резко возрастают. Не знаю, как такой вес будет плавать... :dont_know:

Dr. West писал(а):В случае отказа "мозгов" предусмотреть самостоятельное всплытие аппарата.

Это естественно, но нужно немножко подождать, вдруг "мозги" перезагрузятся и всплывать не придётся. А то ведь и в пещерку заплыть можно... а там всплывать опасно.

misterzu писал(а):пару-тройку десятков мелких ионисторов на 5.5В/1Ф для компенсации импульсных просадок в цепи логики

Не дешёвое удовольствие. 30 штук будут стоить как два бесколлекторных двигателя. Просадка на 0.2-0.3 Вольта думаю будет не критична.


Блин, на сколько же у меня ещё всё не готово, оказывается. Даже проверить не могу реальное потребление двигателей в воде, ведь регуляторов скорости нет :)
Dr. West
Вымогатель припоя
Сообщения: 664
Зарегистрирован: Вс окт 06, 2013 06:33:40

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Dr. West »

ИМХО, вес решающего значения не имеет, вы же не самолет строите, всегда можно добавить поплавки для компенсации. А цена - вы рассчитываете потратить на такой достаточно серьезный аппарат всего пару тысяч р.?
Аватара пользователя
Муркиз
Друг Кота
Сообщения: 25758
Зарегистрирован: Пн фев 09, 2009 22:19:49
Откуда: Когда-то был прекрасный город для людей

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Муркиз »

Не вес - а масса.
Аватара пользователя
misterzu
Вымогатель припоя
Сообщения: 503
Зарегистрирован: Ср апр 16, 2014 18:31:46

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение misterzu »

А аккумуляторы - литиевые же имеют наивысшую плотность энергии в расчете на кг массы. И наименьшую - в расчете на $ стоимости :)
Аватара пользователя
misterzu
Вымогатель припоя
Сообщения: 503
Зарегистрирован: Ср апр 16, 2014 18:31:46

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение misterzu »

кстати а не рассматривали вариант вместо роутера и микроконтроллера использовать скажем такой вот армовый комп или какой нить его близкий родственник. Эзернет есть, usb хост есть, куча GPIO для управления двигателями есть. По питанию он совершенно непритязателен (а скажем такой вот его родственник еще и свой литиевый элемент может заряжать/кушать). Единственное только - ADC на нем нету, если они нужны тогда ой. Зато можно прицепить маленький экранчик и подводной братве кино показывать :music:
Dr. West
Вымогатель припоя
Сообщения: 664
Зарегистрирован: Вс окт 06, 2013 06:33:40

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Dr. West »

Стандартная кислотная автомобильная батарея 55 А*ч весит около 15 килограмм и стоит порядка 2 - 2,5 т.р.
Литиевая - я даже не нашел ни одного предложения с аналогичной ёмкостью, чтобы было с чем сравнить. Думаю, цена будет просто космической. :(
Defect
Родился
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Чт мар 27, 2014 19:46:19

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Defect »

Аккумулятор
Тоже не нашёл литиевый аккумулятор достаточной ёмкости и по приемлемой цене. Думаю всё-таки взять от бесперебойника. Вопрос, можно ли будет взять два одинаковых и соединить их параллельно? Никаких последствий ведь не будет? Просто думаю сначала взять один амперчасов на 9-10 и покатать на нём моторчики с лопастями в воде, посмотреть на сколько хватит. Не верится мне, что такие маленькие двигатели могут столько жрать. И если не хватит, то докупить второй аккум и соединить их вместе.
Вот примерно такой аккумулятор для пробы:
СпойлерИзображение


Dr. West писал(а):ИМХО, вес решающего значения не имеет, вы же не самолет строите, всегда можно добавить поплавки для компенсации.

Понятно что можно отрегулировать и тонуть как топор не будет, но с лишними 15 кг на борту думаю плавать будет очень медленно и инерционно.
Dr. West писал(а):А цена - вы рассчитываете потратить на такой достаточно серьезный аппарат всего пару тысяч р.?

Ну да, рассчитывал бы на 30 тысяч рублей, делал бы по OpenROV не раздумывая. Единственное, что там не нравится - это аккумуляторы маленькой мощности и ещё кое-какие мелочи.

misterzu писал(а):кстати а не рассматривали вариант вместо роутера и микроконтроллера использовать скажем такой вот армовый комп или какой нить его близкий родственник.

Неплохой вариант, и не дорогой. Но роутер+контроллер уже куплен и почти настроен. Обошлось всего в 1100 р.
Кстати, в качестве "мозга" в OpenROV используется BeagleBone Black за $45. Странно, почему я этот вариант отбросил... в общем уже поздно.

Преобразователь 12-5В
А можно ли использовать что-нибудь такое: LM2576S, DC-DC преобразователь 3А, Uвх=8-40В, Uвых=5В ?
Или вот на хоббикинге: Turnigy 5A (8-26v) SBEC.
Но они греются. Как они поведут себя в небольшом закрытом пространстве?


Подытожу, нарисовав очень условную схемку:
СпойлерИзображение


Пока всё верно? Или можно ещё что-то доработать?
Аватара пользователя
Муркиз
Друг Кота
Сообщения: 25758
Зарегистрирован: Пн фев 09, 2009 22:19:49
Откуда: Когда-то был прекрасный город для людей

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Муркиз »

Во первых, для таких конструкций всегда нужно разделять питание по ответственности.
Мозги питать от отдельного источника, силовую часть - от своего, аварийную часть - от отдельного.
Кроме того, выгоднее использовать несколько аккумуляторов по очереди для питания силовой части, а не соединять их параллельно.
В третьих - каждый элемент питания имеет оптимальный разрядный ток, при котором аккумулятор дает максимальную отдачу.
Поэтому выгодней не параллелить батареи, а ставить отдельный аккумулятор на свою группу нагрузки.

Это и живучесть аппарата увеличит.
Defect
Родился
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Чт мар 27, 2014 19:46:19

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Defect »

Муркиз писал(а):Мозги питать от отдельного источника, силовую часть - от своего, аварийную часть - от отдельного.

Не думаю, что это сильно повысит надёжность. Если первым сядет аккумулятор у "мозгов" - понятно что ничего хорошего. Если сядет аккум силовой части - тоже ничего хорошего: смотреть можем, а двигаться - нет. Так-что лучше пусть они садятся одновременно.
Аварийная часть должна быть максимально простой. Оформить в виде watchdog таймера: если контроллер долго не говорит, что всё хорошо, то активировать аварийное всплытие. Это можно и на отдельный аккумулятор/батарейки посадить.

Муркиз писал(а):Кроме того, выгоднее использовать несколько аккумуляторов по очереди для питания силовой части, а не соединять их параллельно.
В третьих - каждый элемент питания имеет оптимальный разрядный ток, при котором аккумулятор дает максимальную отдачу.
Поэтому выгодней не параллелить батареи, а ставить отдельный аккумулятор на свою группу нагрузки.

Делить аккумуляторы по группам нагрузок тоже страшно. Кто его знает, что будет использоваться чаще: плавание вверх-вниз или вперёд/назад/поворот, и что будет садиться раньше.
А вот использовать аккумуляторы по очереди можно, но это опять усложняет схему, а следовательно увеличивает шанс поломки.
Dr. West
Вымогатель припоя
Сообщения: 664
Зарегистрирован: Вс окт 06, 2013 06:33:40

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Dr. West »

А такой вариант не рассматривали: раз у вас аппарат все равно привязан кабелем, почему бы не запитать его тоже по кабелю. Для снижения потерь и уменьшения сечения питать относительно высоким напряжением, а уже внутри аппарата понижать до нужного. Те же ATX блоки работают от 110 вольт и имеют необходимые напряжения.
Тогда ограничение на массу и размеры источника питания снимается, хоть бензогенератор ставьте.
Оставить одну небольшую батарею для аварийных ситуаций.

Кстати, для испытания двигателей тоже можно использовать ATX блок питания.
Аватара пользователя
misterzu
Вымогатель припоя
Сообщения: 503
Зарегистрирован: Ср апр 16, 2014 18:31:46

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение misterzu »

Кстати насчет кабеля: если вы там в пещеры плавать собираетесь, не боитесь что кабель замотается за что нибудь и капец все пропало? Особенно на обратном пути.... Может в самом деле лучше удешевить терябельную часть по максимуму, чтоб было не жалко зря прожитых дней девайса?
Вот еще подумалось: Интересно, насколько реально организовать подводную связь с базой в ультразвуковом диапазоне? Хотя это вообще выходит из границ топика..
Defect
Родился
Сообщения: 15
Зарегистрирован: Чт мар 27, 2014 19:46:19

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Defect »

Dr. West писал(а):раз у вас аппарат все равно привязан кабелем, почему бы не запитать его тоже по кабелю. Для снижения потерь и уменьшения сечения питать относительно высоким напряжением, а уже внутри аппарата понижать до нужного. Те же ATX блоки работают от 110 вольт и имеют необходимые напряжения.
Тогда ограничение на массу и размеры источника питания снимается, хоть бензогенератор ставьте.

С начала как-раз думал питать по кабелю, но 30 метров ~40 Ампер, как вы и сказали, только повышенным напряжением. Во-первых, блок повышающий и снова понижающий напряжение наверняка будет с низким КПД. Во-вторых, питать всё-равно придётся от аккумулятора (хоть и автомобильного), или просто не глушить машину. Но не глушить машину 2 часа как-то нехорошо.
Потом посмотрел конструкцию у немногочисленных аналогов таких "подводных лодок", они все на аккумуляторах. Так и решил тоже делать.

misterzu писал(а):Кстати насчет кабеля: если вы там в пещеры плавать собираетесь, не боитесь что кабель замотается за что нибудь и капец все пропало?

Страшно, но что делать? Аккуратно плавать, строго запоминать как заплыл, так и выплывать. Подтягивать кабель руками снаружи при выплывании. Можно рядом с проводом тоненький гибкий тросик пустить, чтобы можно было вытащить робота если что.

misterzu писал(а):Вот еще подумалось: Интересно, насколько реально организовать подводную связь с базой в ультразвуковом диапазоне?

Сначала тоже думал про беспроводную конструкцию. Но радиоволны под водой - никак. Ультразвук - слишком нестабильно и очень маленькая скорость передачи данных. Видео ну никак не пропихнуть.
Аватара пользователя
Муркиз
Друг Кота
Сообщения: 25758
Зарегистрирован: Пн фев 09, 2009 22:19:49
Откуда: Когда-то был прекрасный город для людей

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение Муркиз »

Defect писал(а):
Муркиз писал(а):Мозги питать от отдельного источника, силовую часть - от своего, аварийную часть - от отдельного.

Не думаю, что это сильно повысит надёжность. Если первым сядет аккумулятор у "мозгов" - понятно что ничего хорошего. Если сядет аккум силовой части - тоже ничего хорошего: смотреть можем, а двигаться - нет. Так-что лучше пусть они садятся одновременно.

Контроль расхода энергии и напряжения на аккумуляторе не упоминал, поскольку думал, что эта аксиома для автономно действующей техники известна.

Делить аккумуляторы по группам нагрузок тоже страшно. Кто его знает, что будет использоваться чаще: плавание вверх-вниз или вперёд/назад/поворот, и что будет садиться раньше.

См. выше.

А вот использовать аккумуляторы по очереди можно, но это опять усложняет схему, а следовательно увеличивает шанс поломки

Тогда придется ставить аккумуляторы, рассчитанные на отдачу ВСЕГО МАКСИМАЛЬНОГО тока КАЖДЫЙ.
Лишний значительный вес.


.


Раздельное питание управляющей и силовой части + резерв - это, кстати, тоже аксиома для подобных конструкций.

Кстати, использование кабеля возможно лишь при вертикальном обслуживании робота с судна. На дно его опускать нельзя.
20KA
Родился
Сообщения: 3
Зарегистрирован: Чт апр 10, 2014 22:21:02

Re: Помогите расчитать питание для подводного робота

Сообщение 20KA »

Defect писал(а): ~40 Ампер
Вы торпеду типа "Шквал" строите? :shock:
С какой максимальной скоростью должен двигаться ваш аппарат? От этого уже пляшет тяговая энергетика. 15-20 см в секунду - этого вполне должно хватать для подводного робота. И еще - для таких аппаратов более знАчима маневренность, чем скорость.
Всего по амперу на двигатель.
А литиевые 18650 вполне можно набрать почти бесплатно - надо помониторить местные объявления в "ноутах" - те, кто ищет новую батарею для ноутбука, поскольку старая "сдыхает" (но еще не померла совсем), вот они вполне продают "старую усохшую" за символические 100р. А аккумы там вполне даже совсем бодренькие (а вот контроллер бяка, работает на копроэкономику).
Погоняйте скелет с движками в ванной - сразу практически определитесь и с ходовыми токами и источниками (аккумами).
Удачи!
Ответить

Вернуться в «Питание»