Bir düğmeyi algılamanın akıllı yolları (daha az güç tüketen)

Belirli bir proje için bir toplantı sırasında, bir MCU ile bir düğmeye basmanın tespit edilmesinin yolunu düşünmem istendi. Algılama, olabildiğince az güç tüketmelidir. İlk bakışta, çekme veya çekme özellikli tipik devreyi düşündüm:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Buradaki bazı sıçrama önleme özelliklerini hesaba katmıyorum, çünkü bu sorunun kapsamı dışında. Her iki durumda da, düğmeye basıldığında, akan toplam akım değeri direnç değerine bağlıdır. En aza indirgemek için (akım), direnç değerini artırabilirim ama çok fazla değil, çünkü eğer haklıysam, giriş pimi kaçak değerine de bağlı. Ayrıca, büyük bir direnç yavaşça iyileşir.

Benim sorum şudur: Güç tüketmeyen bir düğmeye basmanın akıllı yolları nelerdir (genellikle yüksek güç tüketen bir uygulama için)? Düğmeye basıldığında güç tüketen herhangi bir yöntem var mı?

Bir kez kullandığım düşük akım yöntemi, iki mikrodenetleyici G / Ç pini arasındaki bir anahtarı bağlamaktı.

Bir G / Ç çıkış olarak yapılandırıldı (SWO). İkinci programlanabilir dahili pull-up etkinken bir giriş (SWI) olarak yapılandırıldı.

Anahtar durumu, nadiren (her 10 ms'de) bir yazılım kesme rutini ile örneklenmiştir. Okuma dizisi şuydu: sürücü SWO düşük, SWI okuma, sürücü SWO yüksek.

Bu, basılan bir anahtarın tarama sırasında yalnızca SWI çekme akımını tarama sırasında kendimiz ve SWO'yu 1 bizden daha az süre boyunca çektiği anlamına gelirken, sıkıştırılmamış bir anahtar hiç akım çekmedi. Her 10 ms'de <1 us için yapılan bu akım, küçük ortalama bir cari tüketim sonucunu verdi.

Bir SPDT ( S ingle p ole D ouble T düğmesi derece verimli düğme olabilir hRow).

Kaynak: http://www.ni.com/white-paper/3960/en/

Senin durumunda 1P MCU’ya, 1T’den VCC’ye, 2T’den GND’ye gidecekti.

Düğmeye ne kadar basılır? Açma / kapama düğmesi (durumunu koruyan) değil anlık bir anahtar ise, düğmeye basıldığında akan akım, düğmenin gerçekte kapalı olduğu kısa süre nedeniyle büyük ölçüde önemsizdir.

Gösterdiğiniz iki devrenin herhangi biri tamam, önemli değil.

Bir MCU girişindeki giriş sızıntısı ve / veya akımın önemsiz olduğunu varsayabilirsiniz . Bugünlerde tüm MCU'lar CMOS teknolojisindedir ve pratik olarak sıfır giriş akımına sahiptir. Bu yüzden düşünmeyi bırak, orada değil.

Harici bir direnç kullanmak yerine, birçok MCU girişinde dahili çekme dirençini de kullanabilirsiniz. Bu direnç nispeten düşük bir değere sahip olabilir (belki 50 kohm), bu nedenle düğmeye basıldığında küçük bir akım akacaktır.

Bir pull-up / pull-up için 1 Mohm'luk direnci bile güvenle kullanabilirsiniz. Sadece çok "kirli" (elektrik konuşan) ortamlarda daha düşük bir değere ihtiyacınız olabilir. Ayrıca yakındaki diğer devrelerin girişimini engellemek için anahtara paralel olarak 100 nF'lik bir kapasitör yerleştirebilirsiniz.

Profesyonel ipucu: PCB üzerindeki böyle bir kapasitör için bir yer ayırın, ancak bir başlık takmayın. Henüz. Sorun durumunda: yerleştirin ve bunun yardımcı olup olmadığına bakın.

Anahtarın durumunu algılamak için yoklama kullanın (TonyM'in cevabında olduğu gibi) veya bir kesme kullanın . Hangisinin güç tüketimi için daha iyi olduğuna (MCU'nun) uygulanmasına bağlıdır.

Kullandığım bir yöntem, CMOS girişlerinin kapasitif doğasından faydalanıyor.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Anahtarın üzerindeki devrede, kapalıyken, aşağı çekme direncinin GPIO'nun giriş kapasitanslarını toprak seviyesine kadar şarj etmesine / deşarj etmesine izin verir.

Bu devrenin püf noktası, anahtar açıkken girişin bir mantık yüksek seviyede tutulması için bir GPIO'nun çift yönlü yapısını kullanmaktır.

Kontrol rutini, pimi periyodik olarak yüksek bir seviye olarak açar veya kısa bir süre, kapakları şarj etmek için yeterince uzun bir şekilde çekmeye olanak sağlar. Giriş pimi daha sonra dinamik bir bellek biti gibi davranır ve çoğu cihazla bu şarjı önemli ve kullanılabilir bir süre boyunca tutar.

Düzgün yapılandırıldığında, düğmeye basıldığında pim üzerindeki şarj yenileme hızından daha hızlı boşalır. Bu durum daha sonra yenileme işleminden önce okunan bir yenileme algoritması parçası olarak algılanabilir veya bir kesme işlemini gerçekleştirmek için kullanılabilir.

Yenileme atımı sırasında güç, hem kapasitörleri hem de direnç aracılığıyla şarj etmek ve kapalıysa anahtarlamak için kısa bir süre kullanılır. Bununla birlikte, yenileme darbesinin uzunluğu kısadır ve yoklama frekansı, yenileme akımının nispeten önemsiz olmasına neden olur.

Açıkçası bu yöntem aktif bir yöntemdir. Mikro uykuya geçerse, şalterin durumu uyanma üzerinde belirsiz olacaktır. Uyandıktan sonraki ilk yenileme döngüsü, pim okumasını dikkate almamalıdır. Ayrıca, bu yöntem mikroyu uyandırmak için kullanılmamalıdır. Yatmadan önce, pimin sıfır akım durumunda park etmesini sağlamak için pimin alçak bir çıkış olarak etkinleştirilmesi akıllıca olacaktır.

Daha fazla statik şalter okumak için, kurulum dip şalterleri gibi, sürekli bir yenileme döngüsü yerine özel bir rutin kullanılabilir. Okuduktan sonra, GPIO pinleri değişken giriş sorununu önlemek için aktif düşük çıkış durumunda (sıfır akım) "park etmelidir".

NOT: İz uzunluğu uzunsa ve gürültülü bir alanda ilerliyorsa, bu teknik gürültü duyarlılığından biraz muzdariptir. Gibi R1 giriş pimine yakın olmalıdır. Bununla birlikte, pime yakın bir kapasitans eklemediğiniz sürece, ön paneldeki bir mesafeden uzaktaki bir düğmeyi bir yere asmak için tavsiye etmem.

Eğer düğmeniz bir piezo şalter ise, gereken tek güç düğmesine basılarak oluşturulan güçtür.

Örneğin: R2 / C1, piezoya basılarak üretilen enerjiyi toplar. D1, C1 voltajının çok yükselmesini önler. Düğme serbest bırakıldığında R1 C1'i boşaltır. MCU GPIO girişi olmalı, çekme modu yok. Voilà, düğme, beslemeden sıfır akım çekerek tespit eder.

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Aygıtın her iki durumda da sürekli olarak kalması gerekiyorsa, bir SPDT anahtarının kullanılması, en düşük güç yaklaşımı olacaktır, çünkü kendi iç sızıntısı ve anahtarınkinin ötesine akım çekmemek için statik bir devre yapılabilir. SPDT switch'lerin ek bir avantajı, yalnızca bir kontağın ilk önce kapanmadan okunmadan önce zıplamayı durdurması koşuluyla, ne kadar çabuk çalıştırıldıkları veya kontakların ne kadar kırılgan olursa olsun, neredeyse mükemmel şekilde ayrılabilmeleridir.

Bu tür anahtarların kablolanması için iki iyi yaklaşım vardır:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

İlk yaklaşım, ikinciden bir daha az direnç gerektirir, ancak ikincisi iki kutup arasında üst üste binmeye karşı daha toleranslı olacaktır (normal akımdan daha yüksek olacaktır, ancak arz boyunca ölü bir kısa devre yapmaz). Anahtar, uzun bir süre boyunca orta derecede dirençli olan bir duruma girebilirse, normalden önemli ölçüde daha fazla akım yakabilecek bir durum girebilir, ancak normal kullanım sırasında dirençlerin hiçbiri kısa süreler dışında önemli bir akım taşıyamaz. anahtarın durumu değiştirdiği zaman ve çıkış yanıt verir.

Mikrodenetleyicinin dahili yukarı çekmesini kullanın ve baskı tespit edildiğinde yukarı çekmeyi devre dışı bırakın. Ardından, düğmenin durumunu kontrol etmek için zaman zaman kısaca yeniden etkinleştirin.