Projekt: Auto Power Off mit Mikrocontroller
In diesem Projekt geht es darum, dass ein Mikrocontroller durch ein äußeres Ereignis eingeschaltet wird. Wenn der Mikrocontroller dann seine Arbeit getan hat, kann er sich durch Setzen eines GPIOs selber wieder ausschalten.
Dazu verwendet dieses Projekt eine Schaltung, die unterschiedliche Bezeichnungen haben kann.
- Auto Power Off
- Latching Power Switch
- Power Saving Latch
Je nach Anwendungsfall sind alle Bezeichnungen korrekt. Das Funktionsprinzip entspricht einer bistabilen Kippstufe bzw. einem Flip-Flop mit separaten Setz- und Rücksetz-Eingängen. Das ist eine Selbsthalteschaltung mit Reset-Funktion.
In diesem Fall wird die Selbsthalteschaltung für das Ein- und Ausschalten der Stromversorgung verwendet. Über einen Power-On-Eingang wird der Mikrocontroller durch Verbinden mit Masse eingeschaltet. Und über den Power-Off-Eingang (Reset) kann der Mikrocontroller seine Stromversorgung und damit sich selber wieder abschalten.
Auf diese Weise können Geräte, die nur selten etwas tun müssen, an einem Akku oder eine Batterie betrieben werden. Dadurch, dass die Schaltung keinen Strom verbraucht und der Mikrocontroller komplett von der Stromversorgung getrennt wird, verbraucht der Aufbau im Optimalfall keinen Strom.
Aufbau und Bauteile
Mikrocontroller: Raspberry Pi Pico
Grundsätzlich funktioniert der Aufbau mit jedem beliebigen Mikrocontroller-Board mit der passenden Betriebsspannung.
In diesem Projekt verwenden wir einen Raspberry Pi Pico, der einen Programmcode ausführt, der am Ende die Selbsthalteschaltung zum Abschalten bringt.
Bausatz: Auto-Power-Off für Mikrocontroller
Funktional wird die Selbsthalteschaltung bzw. Auto-Power-Off-Schaltung zwischen der Stromversorgung und dem Mikrocontroller geschaltet. Das heißt, der Mikrocontroller wird komplett von der Stromversorgung getrennt. Er verbraucht dabei keinen Strom. Auch die Auto-Power-Off-Schaltung selber verbraucht nach der Abschaltung keinen Strom. Das entspricht einer Energiesparfunktion, die vor allem im Batterie- oder Akkubetrieb interessant ist.
Hinweis: Die Selbsthaltung funktioniert bei dieser Schaltung nur dann, wenn ein GPIO des Mikrocontrollers mit dem Reset-Eingang der Schaltung verbunden ist.
Stromversorgung
Diese Selbsthalteschaltung funktioniert ab einer Betriebs- und Signalspannung von 3,3 Volt und mehr. Allerdings sind beide MOSFETs in diesem niedrigen Spannungsbereich nicht besonders effizient. Die Ausgangsspannung der Selbsthalteschaltung ist um ein paar Millivolt geringer, als die eigentliche Betriebsspannung. Je höher die Betriebsspannung desto geringer die Verluste.
In diesem Projekt wird der Mikrocontroller durch eine 5-Volt-Powerbank oder 3 x 1,5-Volt-Batterien (3,3 bis 4,5 Volt) gespeist.
Der maximal mögliche Strom wird durch den querliegenden MOSFET1 BS250 begrenzt. Der Strom sollte 200 mA nicht überschreiten.
Programmcode für Raspberry Pi Pico mit MicroPython
Der folgende Programmcode führt beispielhaft eine Schleife aus, in der die Onboard-LED wechselweise ein- und ausgeschaltet wird. Wenn die Schleife beendet ist bleibt die LED an. Danach wird der GPIO gesetzt, der die Selbsthaltung zurücksetzen soll. Geht die LED aus, dann wurde die Selbsthaltung tatsächlich zurückgesetzt und die Stromversorgung abgeschaltet.
# Bibliotheken laden
from machine import Pin
import time
# GPIO
pin_off = 16
pin_led = 'LED'
# Power-Off-Pin
power = Pin(pin_off, Pin.OUT, value=1)
# Onboard-LED
led = Pin(pin_led, Pin.OUT, value=0)
# Hauptprogramm: Blinkende LED
for _ in range (9):
led.toggle()
time.sleep(.5)
# Power: Off
power.off()
Hinweis: Die Abschaltung der Stromversorgung erfolgt mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Mikrocontroller schneller sein kann als die Abschaltung erfolgt. Wenn nach dem Setzen des GPIOs noch Programmcode kommt, dann wird der in Teilen ausgeführt, was unter Umständen nicht gewünscht ist.
Man sollte im Programmcode nach dem Setzten des Power-Off-GPIOs sicherstellen, dass danach das Programm zu Ende ist oder eine Pause im Programmcode vorsehen.
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