Il dispositivo battery&power Descrizione e note applicative

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1 BATTERY-PACK Il dispositivo battery&power Descrizione e note applicative INDICE 1. IL DISPOSITIVO BATTERY&POWER INTRODUZIONE DESCRIZIONE CONNESSIONE CON I PIC-SMS CONNESSIONE CON LE SCHEDE RELÈ Schede relè a 12V Schede relè a 5V Schede relè con i pic-sms big e blu... 8 Rev.0707 Pag.1 di 8

2 1. IL DISPOSITIVO BATTERY&POWER 1.1. Introduzione Nelle applicazioni di telecontrollo è spesso richiesto che il sistema abbia autonomia e, soprattutto, continuità di funzionamento. Il dispositivo battery&power consente di dare risposta ad entrambe le esigenze; si tratta di un circuito carica-batterie per batterie al litio (le pile tipicamente utilizzate nei cellulari) impiegabile come accessorio dei pic-sms seriali (e non solo), che consente varianti applicative di grande utilità, ad esempio: Quando il pic-sms è utilizzato come sistema d allarme a se stante, una batteria tampone consente il suo funzionamento anche in caso di scollegamento della tensione di rete (manomissione del sistema) Quando il pic-sms è alimentato mediante pannelli ad energia solare, le batterie si ricaricano durante le ore diurne e continuano ad alimentare il sistema nelle ore notturne Quando la funzione del pic-sms è proprio quella di segnalare l assenza di rete, le batterie consentono al pic-sms ed al cellulare di inviare sms e squilli di avvertimento anche in assenza di alimentazione esterna Oltre a questi casi applicativi, l uso di un gruppo di continuità a batteria ha una più ampia rilevanza strutturale: poichè il cellulare collegato ad un pic-sms deve essere acceso a mano dall utente, (tramite la pressione del tasto di accensione), è importante che non si spenga mai, altrimenti non potrebbe riaccendersi da solo ed il telecontrollo cesserebbe di funzionare (*). Nelle grandi città l evento della mancanza della tensione di rete è un evento raro, ma in alcune zone rurali e montane questo evento può essere frequente e può vanificare l efficacia di un pic-sms spegnendo il cellulare ad esso collegato. Il battery-power, nasce proprio in risposta a queste specifiche esigenze: è ingegnerizzato per collegarsi direttamente ai pic-sms ed alimenta sia il pic-sms, il cellulare ad esso collegato, ricaricandone la batteria. Più in generale il battery-power è un alimentatore duale: oltre all uscita della tensione di batteria (4.2V a batteria carica) è in grado di erogare una tensione stabilizzata selezionabile a 3,3V o 5V, per l alimentazione di un circuito secondario con assorbimento massimo di 120mA. (*) A titolo puramente indicativo, si segnala che in alcuni modelli di cellulare è possibile togliere il tasto d accensione e saldare i contatti sottostanti con una goccia di stagno. In tal modo, l alimentazione del cellulare ne provoca anche l accensione automatica. Questa tecnica è invasiva e non è stata sperimentata in modo estensivo, ma segnalata da alcuni utenti. Un affinamento riservato ai più esperti, potrebbe essere quello di chiudere il contatto d accensione per pochi secondi, non mediante la goccia di stagno ma tramite un relè temporizzato. Battery-pack - 2 di 8 -

3 1.2. Descrizione Il dispositivo battery-power è un circuito carica-batterie progettato esplicitamente per le comuni batterie al litio utilizzate nei telefoni cellulari, di capacità compresa tra 600 e 1000mA; batterie con capacità superiore possono essere utilizzate con tempi di carica più lenti. La tecnica di ricarica adottata è quella classica a 3 fasi: una fase di pre-carica, seguita da un intervallo di carica a corrente costante e da una fase di completamento di carica a tensione costante. Il circuito verifica quando la batteria scende al di sotto di una soglia di carica ed ottimizza la ricarica, mantenendo la batteria sempre efficiente. Il processo di ricarica è controllato termicamente, ossia il circuito va in auto-protezione in caso di innalzamento eccessivo di temperatura. Gli effetti termici sono stati comunque minimizzati limitando la massima corrente di carica intorno a 380mA, rispetto al limite massimo ottenibile di 500mA. Con tale valore di corrente si ottengono tempi di ricarica di 2/3 ore, secondo la capacità reale della pila utilizzata. Il completamento della carica è segnalato dallo spegnimento dell unico led di segnalazione presente sul battery&power. Entrando nel merito degli ingressi ed uscite del dispositivo, facendo riferimento alla figura riportata in basso, si rilevano i seguenti elementi: Ingressi di alimentazione: un jack classico (polo positivo interno, negativo esterno), posto in parallelo ad un morsetto a due poli (negativo a sx, positivo a dx). Il battery&power tollera un range di tensioni d ingresso ampio, compreso tra 7 e 40V; se però è impiegato in un sistema con scheda relè, allora è la tensione di lavoro dei relè a determinare il valore della tensione di alimentazione (tipicamente 12V). Il circuito è protetto dalle inversioni di polarità Sul lato opposto è visibile il connettore di batteria e la morsettiera d uscita Battery-pack - 3 di 8 -

4 Alle spalle del morsetto d uscita, è presente un pin strip a 3 poli che viene utilizzato come selettore. Quando i due pin cerchiati in giallo sono chiusi mediante un jumper, il circuito di carica viene escluso ed il battery&power assume la funzione di convertitore dc/dc; sulla morsettiera d uscita è presente la tensione stabilizzata di 4.2V (polo positivo dx, negativo sx). Quando il jumper è posto sui due pin cerchiati in rosa, la tensione di batteria è riportata direttamente sulla morsettiera d uscita. Le batterie fornite assieme al battery&power sono cablate col connettore femmina corrispondente al maschio presente sul circuito; chi volesse utilizzare una propria batteria può collegarne i fili direttamente sulla morsettiera d uscita, ma solo con il jumper posto in questa configurazione (nella configurazione precedente la batteria rischierebbe di esplodere). Sulla morsettiera d uscita vanno inseriti i fili da portare nel vano batteria del cellulare per alimentarlo; i collegamenti devono essere preferibilmente corti e con adeguata sezione per fornire corrente al gsm in modo corretto, occorre inoltre fare estrema attenzione a non invertire la polarità sul cellulare. Il pin strip maschio isolato cerchiato in rosso, ha un valore di tensione nullo quando il battery&power non è alimentato (è scollegato l alimentatore o c è stato un black-out della rete elettrica); ha un valore di tensione poco al di sotto di 5V quando il circuito è alimentato regolarmente. Tale pin può essere collegato ad un ingresso d allarme di un pic-sms per realizzare l applicazione di segnalazione di assenza rete. Il connettore strip femmina a 7 poli posto sul lato dx in figura è utilizzato per la connessione di una scheda relè: i 5 pin interni sono le uscite di comando dei relè; sui due pin esterni invece è riproposta la tensione di alimentazione del battery&power che alimenta anche i relè. Il connettore strip maschio a 7 poli posto a sx è utilizzato per l interfacciamento e l alimentazione di un pic-sms. I 5 pin interni collegano direttamente le uscite del pic-sms al connettore della scheda relè; i due pin esterni (negativo in alto, positivo in basso) rappresentano l uscita di alimentazione secondaria del battery&power. Battery-pack - 4 di 8 -

5 La tensione dell uscita di alimentazione secondaria può essere impostata a 5Vcc o a 3,3Vcc, secondo le necessità del circuito esterno da alimentare. La scelta viene effettuata anche in questo caso per mezzo di un pin strip a tre poli utilizzato come selettore: ponendo il jumper sui due pin strip cerchiati in rosa, si ottiene l uscita a 5Vcc (per alimentare i pic-sms, circuiti TTL e simili); ponendo il jumper sui due pin cerchiati in giallo, la tensione d uscita vale 3,3Vcc (usata spesso per alimentare alcuni microcontrollori a bassa tensione). La tensione d uscita secondaria è ottenuta tramite un circuito di step-up in grado di fornire una tensione stabile anche quando la batteria è in fase di scarica, sino al limite inferiore di 2,5V. La corrente erogabile è limitata a 120mA. Battery-pack - 5 di 8 -

6 1.3. Connessione con i pic-sms Il dispositivo battery&power si connette immediatamente, semplicemente agganciando il suo strip maschio a 7poli allo strip femmina a 7 poli di qualsiasi modello di pic-sms. Nel solo caso del pic-sms con adc, la connessione deve essere effettuata con i pin strip standard (lasciando scollegati gli ingressi adc/10). Connessione con pic-sms con adc Connessione con un pic-sms digital Battery-pack - 6 di 8 -

7 1.4. Connessione con le schede relè Le schede relè acquistate assieme ad un battery&power sono perfettamente compatibili e pronte all uso senza necessità di alcun intervento. Chi invece ha acquistato precedentemente un pic-sms con scheda relè e volesse accessoriarlo col battery&power deve effettuare alcune piccole modifiche, secondo i casi distinti di seguito Schede relè a 12V Le schede relè a 12V sono generalmente dotate di uno stabilizzatore di tensione che consente di fornire la tensione di 5Vcc anche al pic-sms collegato, in modo da alimentare il sistema pic+relè tramite una sola connessione d alimentazione. Per rendere compatibili tali schede con un battery&power, occorre eliminare lo stabilizzatore siglato 7805 e saldare un ponticello sulle due piazzole esterne dov era montato il componente. Questa modifica consente alla tensione di 12V del battery&power di poter raggiungere e pilotare i relè 12V della scheda. Una soluzione alternativa è quella di alimentare contemporaneamente e separatamente sia il battery&power che la scheda relè; occorre in questo caso tagliare con una tronchesina il contatto caldo di alimentazione ossia il pin strip estremo della scheda relè sul quale sono presenti i 5Vcc stabilizzati (da rilevare con un tester se non si è pratici), per evitare che vadano in conflitto con la tensione più alta proveniente dal battery&power. Battery-pack - 7 di 8 -

8 Schede relè a 5V Le schede relè a 5V sono in genere utilizzate con i nuovi modelli di pic-sms, dotati di stabilizzatore interno; in questo caso è il pic-sms che alimenta anche la scheda relè e quest ultima ha già il ponticello (come mostrato nella figura di cui sopra). La connessione di una scheda relè a 5V con un battery&power non può essere effettuata direttamente perchè l alimentazione del battery&power è più alta rispetto alla tensione di lavoro del gruppo relè che verrebbe sovralimentato col rischio di rotture. In questo caso occorre effettuare una operazione inversa al caso del paragrafo precedente, ossia occorre rimuovere il ponticello e saldare sulle piazzole un 7805 che riceva sul pin d ingresso la tensione più alta dal battery&power e col pin d uscita a 5V alimenti il gruppo relè Schede relè con i pic-sms big e blu Il caso più complesso che si possa presentare è quello di un pic-sms big o pic-sms blu con due schede relè collegate. Per la scheda relè collegata al battery&power vale quanto detto ai paragrafi precedenti. Per la scheda relè collegata direttamente al pic si distinguono due casi: Scheda relè a 5V - la tensione del circuito innalzatore che alimenta il pic fluisce verso la scheda relè collegata direttamente al pic, ma avendo una corrente limitata a 120mA non è in grado di sostenerne il funzionamento. Occorre dunque alimentare sia il battery&power che la scheda relè e troncare il pin della scheda relè che si connette allo strip femmina del pic-sms avente la tensione di 5V (come evidenziato dalla X rossa in figura) Scheda relè a 12V questo tipo di scheda in genere ha lo stabilizzatore a 5V; anche in questo caso è preferibile effettuare il taglio del pin di connessione perchè nel punto contrassegnato con la X rossa confluiscono i 5V d uscita della scheda relè ed i 5V provenienti dal pic-sms e piccole tolleranze di valore possono innescare conflitti ed oscillazioni. Battery-pack - 8 di 8 -