Arduino Pro Mini на микроконтроллере ATmega328P-AU, настроенная на питание 3.3V и частоту 8MHz

Большинство модулей, продаваемых как части конструктора для Arduino, представляет из себя плату с линейным стабилизатором и надписью: «входное напряжение от 3 до 5 Вольт», а сами микросхемы, выполняющие работу модулей, зачастую питаются от напряжения 3.3В, и иногда могут работать при понижении его до 3 или 1.8В.

Данный модуль поможет оптимизировать размер и увеличить время работы моего GPS-логгера…

Упакован о Ардуино в пакетик со штрих-кодом:

Может, это оригинальный модуль?

Светодиод индикации питания зелёного цвета, #13 — красного:


Зачем нужен именно этот Ардуино — на 3.3В, а не как все — на 5В по $1.4? Всё хорошо, когда нам надо показать чудо, происходящее при подключении устройства к Ардуино: мы покупаем модули, цепляем их к общему источнику на 5В, загружаем скетч — и всё блестит и пыхтит. Но при разработке более-менее используемых устройств, приходится задумываться и об энергоэффективности, и о компактности, — в результате, из схем вылетает половина лишних блоков.

Как видно, процессор Atmega328 данного модуля может работать на напряжении 2.7В, причем на стабилизаторе напряжение практически на падает; для сравнения, на 5-вольтной Ардуино (из предыдущей версии GPS-логгера) у меня наблюдалось напряжение 3.6 В при питании от 5В на входе RAW.

Оптимизировать я собрался вот это устройство — оно, кроме корпуса и платы Ардуино, состоит из:
— аккумулятора, напряжением 3 — 4.15В;
— модуля повышения напряжения до 5В;
— модуля понижения напряжения до 3.3В, входящего в состав GPS-модуля;
— сам GPS-модуль на NEO-6M;
— плата согласования уровней сигналов SD-карты (с питанием от вышеупомянутого модлуя);
— геркона — детектора каданса;
— светодиодов индикации каданса и состояния GPS.

Что предстоит сделать:
— добавить транзистор для отключения питания устройства и кнопку, как показано комментарии от unnk2004;
— убрать модуль повышения напряжения;
— перекоммутировать устройства так, чтобы всё работало от одного понижающего модуля на 3.3В и у Ардуино была возможность мониторить напряжение аккумулятора и отключаться от него при необходимости;
— убрать плату согласования уровней сигналов SD-карты;
— оптимизировать расположение светодиодов и элементов внутри корпуса.

Начнем с измерения уровня логической единицы.

void setup() {
  pinMode(9, OUTPUT);
  digitalWrite(9, HIGH);
}
void loop() {}

Мультиметр показывает на 9 контакте Ардуино 3.33 В.

Далее, попробуем подключить SD-карту. Паяем проводки напрямую к контактам адаптера SD -> MisroSD:


Скрипт теста скорости, взятый из этого обзора,
выдал W/R, Kbps: 540/102. Раньше было больше — 859/179.

Припаяем конденсатор (1uF) к контактам 3 и 4 адаптера:
W/R, Kbps: 630/97;
на карточке 16GB выдаёт W/R, Kbps: 802/100, а было 893/180.
Ну да ладно, может это из-за того, что данная Ардуино настроена на частоту 8МГц или проводки тонкие.

Проверим теперь этот GPS-модуль.

Кстати, с какой скоростью он выдаёт информацию? У меня был файл с логом, за две минуты набегает 5.42 КБ (4336 Кб) ~ 37 Кб/с, если я не ошибся, то скорость почти в 15 раз меньше.

Те же проводки, питание соединяем без стабилизатора — напрямую к VCC, TX -> 2:

Скрипт посимвольно читает из программного последовательного порта и пишет в аппаратный, к которому мы подключили программатор и смотрим, что выдается:

#include <SoftwareSerial.h>     // Для использования программного порта.
SoftwareSerial mySerial(2, 3);  // Инициализируем 2 контакт Arduino.
char ch;                        // Буфер.
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  mySerial.begin(9600);
}
void loop() {                   // Если прочёлся символ из программного пота,
  if ((ch = mySerial.read()) != -1)
    Serial.write(ch);           // пишем его в аппаратный.
}

В «Мониторе порта» приходят строки характерные для GPS-модуля:


Код, написанный ранее, на самом деле, иногда глючит, поэтому етсь еще необходимость в его доработке. Собрав такой альфа-вариант:

переписал скрипт — Ловит текст по прерыванию. Изображённое на фото выше можно уже подключать к аккумулятору и использовать, но нужно доделать изделие!

Для монтажа было решено использовать плату, которую я недавно обозревал, но пережде, чем монтировать, не лучше ли подумать, как будут располагаться элементы — Fritzing в помощь!

Самое сложное было — дорисовывать плату, но лучше потратить время у экрана компьютера, чем еще больше с паяльником, выбирая оптимальное расположение элементов.
«Хижина» слева — адаптер MicroSD->SD карт памяти;
светодиоды справа вверху: 3 для каданса и один для индикации состояния устройства (сбой при обращении к карте, сбой при создании файла, ожидание данных с GPS), сопротивление будет SMD на землю;
GPS-модуль не изображён: он располагается с обратной стороны платы;
там же будет и батарея питания;
справа внизу — jack-3.5 для подключения геркона, в корпусе возле его расположения нужно будет просверлить отверстие.
Приступил к сборке, размер платы оказался как раз по размеру корпуса. Здаётся мне, я её под этот корпус и выбирал… В креплении модулей внутри корпуса, мне поможет термоклей! Сначала хотел лепить батарею к корпусу:

Но особенности конструкции определи, что её лучше располагать на плате:

Затем к плате (так, чтобы ложиться рядом с батареей) был прикреплен GPS-модуль и его антенна, из-за нехватки места, пришлось снять с антенны «экран»:

Для пущей удобности извлечения, к плате была припаяна «ручка»:

Изначально я планировал крепить модуль Ардуино через разъёмы, но т.к высоты корпуса не хватало, и больше пилить или резать ничего не хотелось, решил припаять его к плате прикольным способом:

Впервые такой монтаж платы на плату я увидел в Bluetooth-модуле — получилось прикольно. Единственный минус — безболезненно снять обратно получится только феном. Для перепрошивки напаяю ещё контактов — плата большая.
Правильно припаять адаптер карты памяти мне помогла иллюстрация, приведённая выше, 2 раза перепаивал, на третий запомнил расположение контактов =)

Термоклеем фиксируем для удобства:
^-под адаптером расположены контакты питания GPS-модуля, соединяющиеся перемычкой: через перемычку питание происходит от линейного стабилизатора ардуино. При подключении к GPS-модулю по UART, перемычку можно снять чтобы Ардуино не перехватывала интерфейс.

После включения, GPS выдал время по Гринвичу на через 80 секунд, а данные о позиции — через 14 минут! Много, но это только с балкона.
После коммутации и припаивания светодиодов и конденсатора к RAW (28uF, на всякий случай, найден «лишних» деталях):
^- для подключения к программатору на плате торчат контакты.
С обратной стороны упомянутая выше перемычка позволяет отключать GPS-молуль при работе с Ардуино или Адруино при работе с GPS-модулем через UART-программатор:
^- отдельно выведены контакты для удобства подключения к GPS.

Крышка, в которой закрепляется плата, накладывается на дно и фиксируется (пока резинками из камеры). Дно, в свою очередь, крепится на руль, для этого имеется 4 отверстия в вершинах прямоугольника:

Ряд отверстий с краю нужен для светодиодов индикации, но они еще будут настраиваться: либо поправлю светодиоды внутри, либо заклею отверстия прозрачным термоклеем, пока не решил. С лицевой стороны корпуса приклеена белая световозвращающая лента из этого обзора:

Дно крепится на руль:

Снизу цепляется «крышка» (и превращается в дно):

После закрепления на руле, «дно» уже не снимается, а устройство остаётся в крышке, его можно снять и использовать отдельно для отладки или записи трека, например, пробежки.

Три синих светодиода-индикатора каденса загораются по такой схеме:

[Светодиоды]
   [ * * * ]   130 +
   [ *   * ]   120
   [ *     ]   110
   [ * *   ]   100
   [   *   ]    90
   [   * * ]    80
   [     * ]    70
   [       ]    70 -
               [Каденс]

Из того, «что предстояло сделать»:
— после общения с умными людьми, было принято решение отключать программно;
— модуль повышения напряжения убран, потребляемый ток — в районе 95-125 мА — это почти в 2 раза меньше, по сравнению с данным заявлением о прошлом дизайне устройства и там не было светодиодов, каждый из которых потребляет 10-15 мА;
— SD подключена напрямую;
— расположение светодиодов и элементов внутри корпуса конфликтует со стремлением сделать универсальную/разборную систему на плате — в результате корпус остался тем же и батарею в нём почти некуда воткнуть =)