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

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)