¿Cómo calculo cuánto tiempo durará la batería de mi robot?

¿Leyó las especificaciones de duración de la batería de su teléfono inteligente? ¿Les creísteis? Calcular la vida útil de la batería para un teléfono inteligente es más fácil que hacerlo para un robot. Hay muchas maneras de calcular esto, y @geometrikal dio un resumen razonable de ello. Pero hay un problema con este enfoque. La precisión de sus cálculos es tan exacta como sus datos, y sus datos son terribles. Creo que, si bien puedes hacer estos cálculos, los resultados no tendrán sentido hasta el punto de que sea mejor que no lo intentes (muy difícil).

Veamos los motores principales. Algunas cosas que pueden afectar el consumo de corriente de estos motores son: velocidad, peso, suciedad / baldosa / alfombra / piso, aceleración, ruptura, etc. ¿Puede predecir con precisión el uso de su robot y averiguar cuánta potencia necesitará su motor? ? Probablemente no.

Ahora mira los motores del brazo. Lo mismo se aplica aquí. ¿Puedes predecir cómo se usará el brazo? ¿Cuánta corriente necesitará el brazo cuando levante algo pesado contra algo liviano?

¿Qué hay de tu CPU? El consumo de energía de la CPU depende de lo que esté haciendo el software. Hacer muchos cálculos complejos con accesos masivos a la memoria consumirá mucha corriente, pero al estar inactivo, el consumo de energía de la CPU será menor. Muchas CPU también tienen formas de lograr modos de menor potencia al reducir la frecuencia de reloj, entrar en modo de reposo y apagar varios periféricos. ¿Has descubierto cómo va a funcionar tu software? ¿Admite su sistema operativo varios modos de apagado, y si es así, cuáles?

Luego está su sistema de poder. ¿Cuál es la eficiencia de sus fuentes de alimentación a diferentes cargas? Una eficiencia de SMPS típica puede variar entre el 60% y el 95%, según el diseño y la carga a la que esté. Si la carga es constante, entonces la eficiencia de la fuente de alimentación y el cableado serán diferentes que si la carga fuera pulsada (a.k.a. PWM-ing en los motores). ¿Has trabajado todo esto?

La precisión de estos datos afectará directamente la precisión de las estimaciones de la duración de la batería. El problema es que tu precisión será terrible. Puede haber una diferencia de 2x a 20x entre sus estimaciones bajas y altas.

Esto es lo que recomiendo hacer:

1. Realice el ejercicio con el peor de los casos y números razonables. No te preocupes por hacerlo súper preciso (ya que de todos modos no lo será). Básicamente, todo lo que está haciendo es ver si el tamaño de la batería está "en algún lugar cerca del correcto". Luego, si es posible, elija el siguiente tamaño de batería más grande

2. Una vez que se construye el robot, construye algo como un curso de robot. Este es un conjunto básico de operaciones / movimientos / etc que el robot puede hacer una y otra vez, exactamente de la misma manera cada vez. Esperamos que este curso se aproxime a lo que crees que será un uso típico del robot. Este curso hace dos cosas: te dice lo que puedes esperar, pero lo más importante es que te da una manera de juzgar si alguna mejora de potencia que hiciste realmente funcionó.

Nota: Las cifras de vida útil de la batería que obtiene del paso 2 son solo estimaciones. Incluso esos son tan precisos como su curso de prueba. No será muy preciso para usos del mundo real, pero será mucho más preciso que lo que hizo en el paso # 1 y más preciso para lo que podría haber obtenido si pasara semanas calculando todo.

Para calcular la duración de la batería a partir de los componentes, intente lo siguiente:

1. Componente de funcionamiento actual

Descargue la hoja de datos de todos los componentes que está utilizando.

• Para los circuitos integrados, encuentre la corriente de operación típica.
• Para los LED, encuentre la tensión directa, Vf. La corriente de operación es entonces (Vcc - Vf) / R donde R es el valor de la resistencia del LED.
• Para los servos, estime la corriente al moverse y al mantener la posición.

2. Ciclo de trabajo estimado

Para cada componente, calcule el tiempo en que se operará y multiplíquelo por la corriente de operación. p.ej. si su LED usa 20mA cuando está encendido, y estará encendido el 80% del tiempo, obtendrá 0.8 x 20mA = 16mA.

3. Duración de la batería

Sume todos estos valores para obtener un sorteo de corriente total para su robot. Descargue la hoja de datos de la batería que está utilizando. Habrá diferentes gráficos de voltaje / duración de la batería para diferentes escenarios actuales. A partir de los escenarios, estimar dónde está su robot. O para un valor más crudo, divida el mAh de la batería por el consumo de corriente total.

Ejemplo

Registrador:

ATmega328P      4mA        100%         4mA
Power LED       2mA        100%         2mA
SD card        20mA          5%         1mA
LDO             1mA        100%         1mA
Temp Sensor    10mA         20%         2mA
TOTAL                                  10mA

Batería:

Varta AA cell x 3 = 4.5V / 2930mAh

La vida útil de la batería es de 2930mAh / 10mA = 293 horas