Модуль UPS Power Module для Jetson Nano

Обратите внимание! Модуль Jetson Nano, модуль SIM7600С, антенна WiFi и антенна GPS не входят в комплектацию.

 

Технические характеристики

• Модель: UPS Power Module Waveshare
• Совместимость: NVidia Jetson Nano 4GB B01 / NVidia Jetson Nano 2GB
• Тип устройства: источник бесперебойного питания
• Батарея резервного питания: 4x 2600мАч 18650 Li-ion (2S2P)
• Входное напряжение и ток заряда: 8.4В DC / до 2A
• Выходное напряжение и ток разряда: 5.1В / макс. 2.5А
• Чип мониторинга напряжения и тока: INA219 TI, I2C/IIC
• Встроенная защита: от перезаряда, переразряда, перегрузки по току, короткого замыкания и переполюсовки
• Интегрированный 5-вольтовый регулятор: TD1484A (APW7313)
• Дисплей
  • графический драйвер: SSD1306
  • диагональ экрана: 0.91" (дюйма)
  • интерфейс связи:  последовательная шина I2C/IIC
• Разъёмы
  • DC4017: для заряда батареи
  • GPIO 6-pin: для питания Jetson Nano
• Светодиодная индикация
  • Модуль UPS: обратная полярность батареи
  • Зарядное устройство: состояние заряда батареи
• Управление: переключатель питания OFF/ON
• Монтажные отверстия: 4хØ2.5мм
• Размеры
  • платы UPS Power Module: 113 х 79 х 26мм
  • упаковки: 205 х 145 х 53мм
• Вес
  • нетто (модуль с батареей): 250г
  • брутто: 460г

Комплектация

• Модуль UPS Power Module Waveshare - 1шт
• Батарея аккумуляторная литиевая 18650 Li-ion 2600мАч - 4 шт
• Зарядное устройство сетевое: AC100-240В / DC8.4В 2А - 1шт
• Соединительный кабель GPIO 6-pin - 1шт
• Набор стоек и крепежа - 1компл

Вопрос надёжной сохранности цифровой информации в условиях вероятного возникновения перебоев энергоснабжения, часто занимает не последнее место при разработке электронного приложения. Тема организации стабильного питания исключительно важна для большого круга приложений, которые занимаются непрерывной обработкой потоков данных в реальном времени. Например, это могут быть системы круглосуточного мониторинга за датчиками, умные автомобильные парковки или вендинговое оборудование, и др. Ключевой причиной неустойчивой работы подобных приложений являются недопустимо большие просадки или полное отключение напряжения питания из-за перегрузок, обрывов или короткого замыкания в линиях электропередач. Источник бесперебойного питания (англ. UPS - Uninterruptible Power Supply) имеет индивидуальную перезаряжаемую батарею резервного напряжения и позволяет на протяжении некоторого "аварийного" отрезка времени целиком компенсировать проблему электроснабжения, связанную с отсутствием рабочего напряжения во внешней сети. Переключение между линиями внешнего питания и резервной батареей в ИБП осуществляется незаметно для потребителя, без глубокого падения напряжения.

Модуль UPS Power Module Waveshare предназначен для реализации сценариев бесперебойного питания различных ИИ-приложений, созданных на основе моделей NVidia Jetson Nano 4GB (B01) DevKit или NVidia Jetson Nano 2GB DevKit с интегрированным 40-контактным разъёмом выводов общего назначения (GPIO). Аккумуляторная плата поддерживает несущие платы других производителей, в том числе Waveshare Jetson-IO-Base-A. Схема модуля компактного бесперебойника UPS Power Module Waveshare выделяется среди прочих аналогичных решений продвинутым комплексом защиты резервной батареи от перезаряда, от переразряда, от перегрузки по току, от короткого замыкания и переполюсовки, в полном объёме обеспечивающие максимальную безопасность в процессе эксплуатации. Многоуровневая защита значительно продлевает срок службы резервной литиевой батареи, состоящей из четырёх элементов 18650.

Дизайн и интерфейсы платы ИБП UPS Power Module Waveshare

Модуль ИБП UPS Power Module Waveshare выполнен в размерах, эквивалентных по длине и ширине материнской плате из комплекта разработчика NVidia Jetson Nano Devkit. Плата UPS Power Module крепится шестигранными стойками к нижней стороне материнской платы мини-ПК, с расположением батареи резервного питания по середине. Соединение между модуля бесперебойника и компьютером осуществляется специальным 6-пиновым кабелем через соответствующие порты 40-контактного разъёма GPIO. Цветовая окраска жил кабеля определяет их назначение: красный - напряжение 5В, чёрный - общий, жёлтый - напряжение 3.3В, зелёный - данные шины I2C, синий - тактовый сигнал шины I2C. Модуль ИБП вручную управляется ползунковым переключателем OFF/ON для включения или отключения внутренней схемы энергораспределения.

Модуль Jetson Nano изображен в качестве примера и не входит в комплектацию.

Восстановление энергии резервной батареи осуществляется от входящего в комплектацию зарядного устройства 8.4В 2А постоянного тока DC, подключенного через разъём DC4017 (гнездо-штекер с размерами 4.0мм/1.7мм). В цепь питания Jetson Nano, бесперебойник UPS Power Module выдаёт заряд стабилизированного напряжения 5 вольт через GPIO-кабель. Максимальный ток разряда аккумулятора, с учётом потребления платой ИИ-компютера Jetson Nano, составляет 2500мА в продолжительном режиме потребления. Сеанс автономной работы модуля UPS Power Module при отключенном внешнем источнике питания целиком зависит от основных значений: остаточном уровне заряда в резервной батарее и величине расходуемой энергии. Проведённые производителем тесты полностью заряженной батареи UPS Power Module показали 10-12 часов автономной работы Jetson Nano в режиме Standby.

В схему бесперебойника встроен датчик тока и напряжения INA219, используемый ПО Jetson Nano для расчёта значений остаточного заряда аккумулятора, текущего уровня напряжения батареи, а также значения тока и мощности потребления нагрузкой. Чип INA219 получает напряжение от 3.3-вольтового регулятора, установленного на мини-ПК. Дополнительно UPS Power Module Waveshare укомплектован небольшим монохромным OLED-экраном размером 0,91" (дюйма) по диагонали и интерфейсом последовательной шины I2C. Дисплей позволяет выводить любую пользовательскую информацию приложения, в том числе информацию с обозначенными выше показателями. Пример кода приложения мониторинга можно загрузить в разделе "Программное обеспечение".

Интерфейсы модуля ИБП USB Power Module Waveshare

 

Cхемы защиты и стабилизации модуля UPS Power Module Waveshare

В схему модуля встроены контроллер отслежиния состояния перезаряда/переразряда батареи и контроллеры балансировки уровня заряда между элементами. Контур защиты батареи автоматически отключается после извлечения энергоэлементов из отсека держателя. Цепь защиты батареи резервного питания повторно активируется после подключения модуля ИБП к зарядному устройству.

Модуль UPS Power Module Waveshare обладает светоиндикаторной системой защиты батареи от обратной полярности. Батарея резервного питания состоит из четырёх отдельных элементов 18650 с напряжением 3.7 вольта (4.2 вольта при полной зарядке). Для каждого энергоэлемента предусмотрен свой предупреждающий индикатор, включающийся красным светом в том случае, если  аккумулятор 18650 неправильно расположен в отсеке держателя. Подключение напряжения для заряда батареи при любом светящемся индикаторе повлечёт повреждение цепей защиты.

Внимание! Установка или извлечение элементов 18650 допускаются только в обесточенном состоянии (переключатель напряжения питания в положении выключен - OFF).

1. Понижающий преобразователь-стабилизатор 5В
2. Индикаторы обратной полярности батареи
3. Мониторинг напряжения и тока
4. Схема балансировки (уравнивания) заряда элементов батареи
5. Защита батареи от перезаряда/переразряда

Меры безопасности Литий-ионные аккумуляторы довольно нестабильны. Они могут стать причиной пожара, травм или материального ущерба, если их неправильно перезаряжать или использовать. Не меняйте полярность при зарядке или разрядке аккумулятора. Не используйте низкокачественное зарядное устройство / зарядную панель для зарядки аккумулятора. Не используйте одновременно старые и новые аккумуляторы, избегайте использования аккумуляторов различных марок. Сверяйте характеристики нового купленного литиевого аккумулятора на предмет совместимости с платой расширения. Приобретайте проверенный товар у официальных производителей аккумуляторов. Литиевые батареи имеют ограниченный срок службы и со временем приходят в негодность. Литиевые аккумуляторы, достигшие максимального срока службы или проработавшие более двух лет, необходимо заменять на новые. Литиевые аккумуляторы следует размещать в устройстве осторожно и правильно, хранить вдали от легковоспламеняющихся и взрывчатых веществ, в недоступном для детей месте. Небрежное хранение может привести к несчастным случаям.

 

Физические размеры, мм

 

Программное обеспечение

1. Исходники и примеры на Python для UPS Power Module (zip-архив)

Документация

1. Руководство пользователя UPS Power Module Waveshare (web-версия)
2. Электрическая принципипальная схема модуля UPS Power Module (PDF)
3. Спецификация INA219 TI датчика напряжения и тока (англ., PDF)
4. Спецификация HY2120 HT двухэлементного контроллера защиты Li-Ion (англ., PDF)
5. Спецификация HY2213 HT одноэлементного контроллера защиты Li-Ion (англ., PDF)