設(shè)計(jì)和構(gòu)建樹莓派18650鋰離子電池HAT，使您的項(xiàng)目可移植

我們已經(jīng)使用樹莓派很長(zhǎng)一段時(shí)間來(lái)創(chuàng)建許多令人興奮的項(xiàng)目。但是，我們經(jīng)常面臨為我們的項(xiàng)目選擇最佳電源的問(wèn)題，有時(shí)當(dāng)電源關(guān)閉時(shí)，我們的樹莓派突然關(guān)閉，這可能會(huì)損壞操作系統(tǒng)，或者在最壞的情況下?lián)p壞板本身。所以，今天我們正在構(gòu)建我們自己的樹莓派零帽，可以直接安裝在Pi零板(或任何其他Pi板)的頂部。這個(gè)樹莓UPS HAT將有一個(gè)TP4056為基礎(chǔ)的單18650電池充電器，一個(gè)18650單電池支架，和一個(gè)MT3608為基礎(chǔ)的助推器。MT3608將把輸入電壓提升到5V，為Pi供電。

整個(gè)HAT是由7pcb.com(也稱為Bittele)制成的緊湊的小型PCB板，由于其體積小，我們可以輕松攜帶它與我們的樹莓派一起。7PCB是一個(gè)完整的交鑰匙PCB解決方案提供商，在中國(guó)和加拿大都有生產(chǎn)設(shè)施。他們可以處理PCB制造，零件采購(gòu)，以及PCB組裝，即使是中小批量，我們將在稍后討論更多。

除了作為樹莓派的電源，我們的樹莓帽還有一些額外的電源插座，比如USB輸出端口和一些5V和3.3V的引腳，可以用來(lái)給其他傳感器和模塊供電，我們可能想用我們的樹莓派。所以在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將向您展示如何為樹莓派設(shè)計(jì)自己的電池帽，并向您展示如何使用7pcb.com制造它，所以讓我們開始吧。

贈(zèng)品警報(bào)!!

我們贈(zèng)送這些樹莓派Power HAT pcb的所有組件和一些更多的好東西給我們的觀眾。檢查我們的贈(zèng)品頁(yè)面參與。

您可以觀看這個(gè)樹莓派HAT的完整概述，也可以了解Giveaway。

制作Pi HAT所需的組件

?TP4056模塊

?USB母插孔

?18650鋰離子電池座

?18650鋰離子電池

?貼片元件(按原理圖)

注意：我將BOM與本文一起附上，您可以下載并查看PCB所需的SMD和THT組件。

Raspberry Pi的功耗

由于計(jì)算和估計(jì)項(xiàng)目的功耗是工程師的必要任務(wù)，我們必須知道單個(gè)樹莓派的空閑功耗。我在這里列出了一些最常用的案例：

注：我們沒(méi)有包括鼠標(biāo)和鍵盤或任何其他外設(shè)所消耗的功率，因?yàn)樗鼈儠?huì)消耗相應(yīng)的功率，可以添加到上述功率中。

樹莓派HAT電路圖

在這里，你可以看到有一個(gè)TP4056模塊，將充電我們的18650電池，并與滑動(dòng)開關(guān)連接。長(zhǎng)長(zhǎng)的雄性頭是用來(lái)在gpio的幫助下安裝樹莓派的?，F(xiàn)在在原理圖的中間，有一個(gè)MT3608 IC，它將樹莓派的電源從3.3V提升到5V。MT3608是一個(gè)DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器，可以提供輸出高達(dá)2A。更具體地說(shuō)，它支持寬范圍的輸入電壓，即從2V到24V直流，可以提供從5V到28V的輸出。升壓變換器用于將較低的電壓升壓到較高的電壓。它是一種開關(guān)式電源，因?yàn)樗褂瞄_關(guān)裝置來(lái)調(diào)節(jié)電壓。在我們的案例中，MT3608 IC是開關(guān)模塊，它具有1.2MHz的高開關(guān)頻率。

每當(dāng)電流通過(guò)電感器(L1)時(shí)，它就會(huì)產(chǎn)生某種磁場(chǎng)?，F(xiàn)在，當(dāng)我們改變通過(guò)它的電流水平時(shí)，磁場(chǎng)就會(huì)坍塌，產(chǎn)生一個(gè)高電壓尖峰。擁有高開關(guān)頻率IC (MT3608)允許通過(guò)產(chǎn)生和折疊由電感感應(yīng)的磁場(chǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一原理。當(dāng)開關(guān)模塊關(guān)閉時(shí)，電壓尖峰通過(guò)肖特基二極管(D1)并存儲(chǔ)在電容器(C2)中，因此增加了電容器的電壓，我們?cè)陔娙萜魃汐@得更高的電壓水平輸出。肖特基二極管(D1)在阻斷反向電流到電路中起重要作用。

現(xiàn)在可以通過(guò)計(jì)算正確的一對(duì)電阻來(lái)設(shè)置升壓器的輸出電壓，這里我們需要大約5.2V來(lái)給樹莓供電。這個(gè)關(guān)系是

Vref = 0.6

Vout是5.2V

因此，我分別采用1.2K歐姆和150歐姆電阻的組合作為R1和R2，這幾乎給了我5.2V。

電路及PCB布置圖

所以，這是供你參考的PCB布局圖像。我也附上了我制作的PCB的3D視圖。我在這里附上了PCB的完整編號(hào)文件。

從7PCB訂購(gòu)pcb

從7PCB(又名Bittele)制造pcb非常簡(jiǎn)單，您所要做的就是遵循這4個(gè)簡(jiǎn)單步驟。

步驟1：打開你選擇的任何瀏覽器，進(jìn)入他們的網(wǎng)站，這將帶你到他們的主頁(yè)。只需點(diǎn)擊“即時(shí)在線報(bào)價(jià)和訂單”，您將看到以下頁(yè)面。

如果您是第一次使用7pcb，請(qǐng)確保您已經(jīng)注冊(cè)了一個(gè)帳戶。我已經(jīng)有了一個(gè)賬戶，并且已經(jīng)登錄了。

步驟2:Bittele提供完整的交鑰匙解決方案，這意味著他們不僅可以制造您的PCB板，還可以為您的板找到合適的零件，甚至為您組裝?，F(xiàn)在，我只是要訂購(gòu)電路板，所以我只點(diǎn)擊了“PCB制造”，并禁用了其他兩個(gè)。然后輸入項(xiàng)目名稱和所需數(shù)量，點(diǎn)擊“開始項(xiàng)目”，打開下面的頁(yè)面

在這里你可以輸入你的PCB的大小和其他所需的參數(shù)，我留下了他們的默認(rèn)值。在右邊，你可以看到你的pcb制造的總成本，檢查成本后，你可以點(diǎn)擊“保存并繼續(xù)”。

步驟3：在下一頁(yè)上，您可以上傳項(xiàng)目的Gerber文件。我已經(jīng)附上了樹莓派電池帽PCB Gerber文件，如下圖所示。上傳文件后，單擊Save and Continue。

步驟4：最后一步是輸入您的運(yùn)輸詳細(xì)信息并繼續(xù)付款。只要選擇你的PCB要運(yùn)往的國(guó)家，在我的情況下，是“印度”。確認(rèn)最終價(jià)格后，您可以點(diǎn)擊“結(jié)帳”，并繼續(xù)輸入您的運(yùn)輸細(xì)節(jié)和付款。

一旦你這樣做了，Bittele將開始制造你的PCB板，并將它們直接運(yùn)送到你的家門口。

來(lái)自7PCB的PCB質(zhì)量

在訂購(gòu)pcb后的幾周內(nèi)，我就把它們裝在一個(gè)包裝整齊的盒子里送到了我的地址。你可以在下面的圖像中看到pcb的正面和背面。

正如你所看到的pcb的質(zhì)量是非常專業(yè)的，我沒(méi)有麻煩使用它們。所有的孔都整齊地鉆在完全相同的尺寸和質(zhì)量的墊也很好。如果你想免費(fèi)得到這些pcb，你可以查看我們的贈(zèng)品頁(yè)面并參與其中。

樹莓派電池帽-組裝

下面的圖片顯示了組裝后的樹莓派Power HAT。在這里，你會(huì)看到，電池18650插入持有人和所有的組件都焊接。您還可以看到如何將板安裝到Raspberry Pi Zero上。

測(cè)試我們的Pi零電池帽

現(xiàn)在我們已經(jīng)為樹莓派構(gòu)建了鋰離子電池帽，是時(shí)候測(cè)試它了。為了證明一切工作正常，我們將RPI UPS HAT連接到樹莓派，并使用其USB端口為7英寸HDI屏幕供電。

正如你在上面的圖片中所看到的，樹莓派電池帽不僅可以為樹莓派主板供電和啟動(dòng)，還可以為L(zhǎng)CD屏幕供電?，F(xiàn)在，它能夠供電多長(zhǎng)時(shí)間取決于連接到Pi的其他外圍設(shè)備以及使用了多少計(jì)算能力。你也可以在下面給出的視頻中檢查完整的工作。

結(jié)論

因此，我們已經(jīng)成功地為各種版本的樹莓派制作和測(cè)試了我們定制的Pi HAT。當(dāng)您想要制作需要低功耗獨(dú)立設(shè)置的項(xiàng)目時(shí)，該印刷電路板將非常有用。它也可以用于許多其他應(yīng)用程序。

本文編譯自circuitdigest