Wie berechne ich, wie lange der Akku meines Roboters hält?

Haben Sie die Angaben zur Akkulaufzeit Ihres Smartphones gelesen? Hast du ihnen geglaubt? Die Akkulaufzeit für ein Smartphone zu berechnen ist einfacher als für einen Roboter. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu berechnen, und @geometrikal hat eine vernünftige Zusammenfassung davon gegeben. Aber es gibt ein Problem mit diesem Ansatz. Die Genauigkeit Ihrer Berechnungen ist nur so genau wie Ihre Daten – und Ihre Daten sind schrecklich. Ich gehe davon aus, dass Sie diese Berechnungen zwar durchführen können, die Ergebnisse jedoch so bedeutungslos sind, dass Sie es besser nicht versuchen (sehr hart).

Schauen wir uns nur Ihre Hauptantriebsmotoren an. Einige Dinge, die die Stromaufnahme dieser Motoren beeinflussen können, sind: Geschwindigkeit, Gewicht, Schmutz/Fliesen/Teppich/Boden, Beschleunigung, Bremsen usw. Können Sie die Nutzung Ihres Roboters genau vorhersagen und herausfinden, wie viel Leistung Ihr Motor benötigt? ? Wahrscheinlich nicht.

Betrachten Sie nun die Armmotoren. Hier gilt das Gleiche. Können Sie vorhersagen, wie der Arm verwendet wird? Wie viel Strom benötigt der Arm, wenn er etwas Schweres im Vergleich zu etwas Leichtem aufhebt?

Wie sieht es mit deiner CPU aus? Der Stromverbrauch der CPU hängt davon ab, was die Software tut. Viele komplexe Berechnungen mit massiven Speicherzugriffen werden viel Strom verbrauchen, aber im Leerlauf wird der Stromverbrauch der CPU geringer sein. Viele CPUs haben auch Möglichkeiten, Energiesparmodi zu erreichen, indem sie die Taktrate reduzieren, in einen Schlafmodus wechseln und verschiedene Peripheriegeräte ausschalten. Haben Sie sich überlegt, wie Ihre Software funktionieren soll? Unterstützt Ihr Betriebssystem verschiedene Abschaltmodi, und wenn ja, welche?

Dann gibt es Ihr Energiesystem. Welchen Wirkungsgrad haben Ihre Netzteile bei unterschiedlichen Lasten? Ein typischer SMPS-Wirkungsgrad kann je nach Design und Last zwischen 60 % und 95 % variieren. Wenn die Last konstant ist, ist die Effizienz der Stromversorgung und der Verkabelung anders als bei einer gepulsten Last (auch PWM-Motoren genannt). Hast du das alles ausgerechnet?

Die Genauigkeit dieser Daten wirkt sich direkt auf die Genauigkeit Ihrer geschätzten Akkulaufzeit aus. Das Problem ist, dass Ihre Genauigkeit schrecklich sein wird. Es kann einen 2- bis 20-fachen Unterschied zwischen Ihren niedrigen und hohen Schätzungen geben.

Folgendes empfehle ich:

1. Gehen Sie die Übung mit Worst Case und vernünftigen Zahlen durch. Machen Sie sich keine Sorgen, dass es supergenau wird (da es sowieso nicht der Fall sein wird). Im Grunde alles, was Sie tun, ist zu sehen, ob die Größe der Batterie "nahezu richtig" ist. Wählen Sie dann möglichst die nächstgrößere Akkugröße!

2. Sobald der Roboter gebaut ist, bauen Sie so etwas wie einen Roboterparcours. Dies ist ein grundlegender Satz von Operationen / Bewegungen / etc, die der Roboter immer wieder ausführen kann - jedes Mal auf die gleiche Weise. Hoffentlich entspricht dieser Kurs dem, was Sie für eine typische Verwendung des Roboters halten. Dieser Kurs macht zwei Dinge: Er sagt Ihnen, was Sie erwarten können, aber was noch wichtiger ist, er gibt Ihnen eine Möglichkeit zu beurteilen, ob die von Ihnen vorgenommenen Leistungsverbesserungen wirklich funktioniert haben!

Hinweis: Die Angaben zur Akkulaufzeit, die Sie in Schritt 2 erhalten, sind nur Schätzungen. Auch diese sind nur so genau wie Ihr Testkurs. Es wird für den Einsatz in der realen Welt nicht sehr genau sein, aber es wird viel genauer sein als das, was Sie für Schritt 1 getan haben, und genauer für das, was Sie möglicherweise erhalten hätten, wenn Sie wochenlang alles berechnet hätten.

Um die Batterielebensdauer der Komponenten abzuschätzen, versuchen Sie Folgendes:

1. Betriebsstrom der Komponente

Laden Sie das Datenblatt für alle von Ihnen verwendeten Komponenten herunter.

• Finden Sie für die ICs den typischen Betriebsstrom heraus.
• Finden Sie für die LEDs die Durchlassspannung Vf. Der Betriebsstrom ist dann (Vcc - Vf) / R, wobei R der LED-Widerstandswert ist.
• Schätzen Sie für die Servos den Strom beim Bewegen und beim Halten der Position.

2. Einschaltdauer schätzen

Schätzen Sie für jede Komponente die Betriebszeit ab und multiplizieren Sie diese mit diesem Betriebsstrom. Wenn Ihre LED beispielsweise im eingeschalteten Zustand 20 mA verbraucht und 80 % der Zeit eingeschaltet ist, erhalten Sie 0,8 x 20 mA = 16 mA.

3. Akkulaufzeit

Addieren Sie alle diese Werte, um eine Gesamtstromaufnahme für Ihren Roboter zu erhalten. Laden Sie das Datenblatt für die von Ihnen verwendete Batterie herunter. Für verschiedene Stromszenarien wird es unterschiedliche Spannungs-/Batterielebensdauerdiagramme geben. Schätzen Sie anhand der Szenarien ab, wo sich Ihr Roboter befindet. Oder teilen Sie für einen gröberen Wert die mAh der Batterie durch die Gesamtstromaufnahme.

Beispiel

Logger:

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

Batterie:

Varta AA cell x 3 = 4.5V / 2930mAh

Die Akkulaufzeit beträgt somit 2930mAh / 10mA = 293 Stunden