Arduino 的電池 ( STEM project )

Arduino 好 玩 的 地 方 ,在 於 你 可 以 把 自 己 寫 的 program upload 到 Arduino 的 flash memory,然 後 它 就 可 以 自 己 獨 立 運 行 。有 時 候 ,小 朋 友 做 了 個 小 玩 意 ,總 會 想 帶 著 四 周 圍 去 show off 的 吧 ?這 個 時 候 ,一 個 外 接 的 電 池 盒 就 大 派 用 場 了 。

USB Connector and Power Jack

USB Connector and Power Jack

根 據 Arduino官 方 文 件 ,你 可 以 從 3 個 地 方 向 Arduino UNO 供 電 ,1. USB connector,2. Power Jack,和 3. Vin pin。

Arduino UNO Vin pin

Arduino UNO Vin pin

如 果 什 麼 也 不 懂 ,擔 心 出 錯 的 話 ,用 回 USB 就 最 安 全 。有 部 分 朋 友 以 為 Arduino UNO 的 USB port 只 能 用 來 插 電 腦 ,其 實 並 不 正 確 。用 USB 供 電 ,最 方 便 的 莫 過 於 用 一 般 手 機 用 的 移 動 電 源 ,超 多 選 擇 的 。連 接 方 面 ,你 只 要 用 回 Arduino UNO 連 接 電 腦 那 條 USB 線 ( USB type-A male to USB type-B male cable,又 或 者 好 多 人 叫 佢 做 USB printer cable ) 就 可 以 了 。USB 的 標 準 電 壓 是 5V,基 本 上 是 不 會 出 錯 的 了 。

不 過 我 自 己 也 遇 到 過 一 個 很 搞 笑 的 情 況 。我 用 過 的 某 一 個 移 動 電 源 ,可 能 因 為 有 某 種 輸 出 保 護 ,當 輸 出 電 流 太 低 時 ,就 會 自 動 截 斷 供 電 。實 際 上 用 起 來 就 是 開 機 不 到 5 分 鐘 ,它 就 會 自 己 截 斷 供 電 ,令 Arduino 關 機 。很 明 顯 這 個 會 自 動 截 電 的 移 動 電 源 就 不 適 合 Arduion 使 用 了 。

第 二 個 方 法 是 用 UNO 上 面 的 Power Jack,那 個 Power Jack 的 規 格 是 5.5mm / 2.1mm DC power plug,是 十 分 常 見 的 插 頭 。Arduino UNO 的 文 件 指 出 輸 入 的 建 議 電 壓 範 圍 是 7v – 12v。如 果 電 壓 低 於 6v,那 供 電 模 組 的 5v 輸 出 會 不 穩 定 ,有 機 會 做 成 Arduino board 本 身 唔 穩 定 。電 壓 高 於 12v 的 話 ,就 有 機 會 過 熱 ,而 且 浪 費 能 源 ( 因 為 有 很 多 能 量 以 熱 的 形 式 散 失 了 )。

按 照 Arduino UNO 所 需 的 輸 入 電 壓 ,其 實 用 一 顆 9V 電 池 是 最 方 便 。下 圖 的 這 種 9V 電 池 扣 非 常 便 宜 ,一 兩 蚊 就 有 了 。不 過 ,9V 電 池 並 不 便 宜 ,9V 充 電 池 的 電 量 又 非 常 低 。所 以 個 人 認 為 這 並 不 是 一 個 好 的 選 擇 。

現 時 市 面 給 Arduino 供 電 ,比 較 流 行 的 電 池 盒 是 使 用 兩 塊 18650 鋰 電 ( li-ion 充 電 池 ) 的 串 聯 式 的 電 池 盒 。鋰 電 的 電 壓 是 3.7v,兩 塊 串 聯 起 來 就 有 7.4v 了 ,剛 剛 好 。18650 其 實 是 電 池 的 外 型 ,18mm 直 徑 x 65mm 高 度 ,而 0 是 指 圓 柱 形 。18650 鋰 電 池 發 展 成 熟 ,貨 源 充 足 ,容 量 大 ,價 錢 平 。除 了 體 積 比 較 大 之 外 ,算 是 頗 好 的 選 擇 。

2 x 18650 Li-ion rechargeable batteries

2 x 18650 Li-ion rechargeable batteries

如 果 你 像 筆 者 一 樣 ,家 裡 本 身 就 有 很 多 充 電 池 ,不 想 再 買 的 話 ,當 然 也 可 以 用 回 一 般 常 用 電 池 的 電 池 盒 ,例 如 AAA 又 或 者 AA

6 x AA batteries

6 x AA batteries

4 x AAA batteries

4 x AAA batteries ( 電 壓 不 足 ,非 常 不 穩 定 )

不 過 大 家 要 注 意 ,因 為 一 般 充 電 池 只 有 1.2v ( NiCd / NiMH ),要 串 聯 6 顆 1.2v 電 池 才 會 有 7.2v 的 ,所 以 使 用 普 通 電 池 的 話 要 有 心 理 準 備 電 池 盒 會 比 較 大 。

近 年 有 一 種 較 新 的 AA / AAA 充 電 池 ,叫 「1.5V 鋰 電 池 」,特 點 是 電 壓 足 、電 量 大 。不 過 價 錢 就 有 點 貴 ,也 要 用 專 用 的 充 電 器 。不 過 也 有 一 些 特 殊 的 型 號 是 可 以 直 接 用 USB 充 電 的 。這 種 「1.5V 鋰 電 池 」電 壓 比 較 充 足 ,如 果 外 接 的 東 西 不 是 太 多 的 話 ,用 4 顆 ( 加 起 來 6 V ) 就 足 夠 了 。

如 果 想 要 輕 巧 一 點 的 ,其 實 還 有 另 類 選 擇 的 。鋰 電 池 本 身 其 實 也 有 相 當 多 不 同 size 的 ,其 中 就 有 14500 ( 14mm 直 徑 x 50mm 高 度 ) 和 10440 ( 10mm 直 徑 x 44mm 高 度 )。這 兩 種 鋰 電 池 的 size 有 什 麼 特 別 呢 ?答 案 就 是 它 們 跟 AA 電 池 和 AAA 電 池 是 一 樣 size 的 。

所 以 ,你 就 可 以 用 十 分 常 見 的 AA / AAA 電 池 的 電 池 盒 ,而 且 因 為 它 們 是 鋰 電 ,單 顆 已 經 有 3.7v 電 壓 ,所 以 只 要 兩 顆 就 足 夠 推 動 Arduino UNO

近 年 亦 開 始 見 到 一 種 「磷 酸 鐵 鋰 電 池 」,也 是 鋰 電 池 的 一 種 ,據 說 比 較 環 保 ( 我 也 只 是 道 聽 途 說 )。這 種 鋰 電 池 只 有 3.2v,兩 顆 加 起 來 就 只 有 6.4v。我 自 己 也 有 用 過 ,只 要 你 接 駁 在 Arduino 上 面 的 電 子 零 件 不 多 ,不 會 引 出 太 大 電 流 ,其 實 用 起 來 也 不 會 有 分 別 。

不 過 ,使 用 1450010440 鋰 電 池 的 家 長 們 要 留 意 一 下 ,因 為 它 們 是 「完 全 可 以 」放 入 使 用 一 般 電 池 的 電 器 ( 相 機 、閃 光 燈 、玩 具 、遙 控 器 、…… ),如 果 唔 小 心 使 用 ,有 機 會 令 到 其 他 電 器 損 毀 。所 以 ,要 特 別 告 誡 小 朋 友 別 亂 來 。

由 左 至 右 :18650 鋰 電 ,14500 鋰 電 ,AA 充 電 池 ,AAA 充 電 池 ,9V 充 電 池

由 左 至 右 :18650 鋰 電 ,14500 鋰 電 ,AA 充 電 池 ,AAA 充 電 池 ,9V 充 電 池

充 電 池 的 好 處 是 可 以 循 環 充 電 ,雖 說 充 電 池 本 身 會 比 一 次 性 電 池 貴 很 多 ,但 其 實 充 電 的 成 本 是 十 分 低 的 ,以 一 塊 充 電 池 可 以 充 500 至 1000 次 來 算 ,充 電 池 的 使 用 成 本 其 實 是 比 一 次 性 電 池 平 很 多 很 多 的 。

要 幫 充 電 池 充 電 ,就 要 用 到 叉 機 ( battery charger )。一 般 來 說 ,最 安 全 就 是 使 用 大 牌 子 自 己 的 叉 機 。例 如 你 用 eneloop 電 池 ,就 最 好 用 回  eneloop 自 己 的 叉 機 。不 過 如 果 是 18650 、14500 鋰 電 池 之 類 的 話 ,就 比 較 少 所 謂 的 大 牌 子 。

很 多 時 買 18650 充 電 池 時 都 會 附 送 一 個 平 價 的 叉 機 ,就 是 十 蚊 八 蚊 的 款 式 。這 種 叉 機 我 自 己 就 已 經 用 壞 過 很 多 個 ,最 嚴 重 甚 至 也 試 過 冒 煙 ,所 以 我 自 己 就 不 太 敢 再 用 這 種 叉 機 的 了 。我 自 己 都 會 另 外 買 一 個 貴 一 點 的 多 用 途 叉 機 ,既 可 以 充   3.7V 的 18650 鋰 電 池 ,也 可 以 充 一 般 1.2V 的 AAA / AA Ni-Cd 電 池 。我 買 的 甚 至 可 以 充 埋 3.2V 的 鐵 鋰 電 池 ,不 過 就 要 自 己 手 動 調 較 電 壓 。

想 再 好 一 點 的 ,就 可 以 買 一 個 有 電 池 容 量 檢 測 模 式 的 充 電 器 ,每 個 電 池 的 真 實 容 量 都 無 所 遁 形 。電 池 的 問 題 解 決 了 ,那 選 擇 電 池 盒 又 有 什 麼 要 注 意 的 呢 ?

一 般 電 池 盒 會 分 有 開 關 沒 有 開 關 ,也 會 分 有 蓋 和 沒 有 蓋 。我 自 己 都 喜 歡 使 用 有 蓋 和 有 開 關 的 ,自 己 用 起 來 覺 得 方 便 一 點 。有 蓋 有 開 關 的 ,當 然 會 貴 一 點 。

18650 電 池 盒 ,無 開 關  vs 有 開 關

18650 電 池 盒 ,無 開 關 vs 有 開 關

如 果 用 Power Jack 的 話 ,如 果 買 已 經 接 駁 好 5.5mm / 2.1mm DC Power Plug 的 電 池 盒 就 會 貴 一 點 。如 果 願 意 分 開 買 ,自 己 動 手 焊 接 的 話 ,就 會 更 平 一 點 。那 個 DC 接 頭 ,也 有 分 帶 線 的 沒 有 線 的 ,如 果 你 覺 得 焊 線 比 焊 接 頭 容 易 的 話 。

自 己 動 手 焊 接 會 便 宜 一 點

自 己 動 手 焊 接 會 便 宜 一 點

不 過 ,我 自 己 也 有 直 接 使 用 Vin 的 情 況 ,所 以 那 個 DC plug 對 我 來 說 並 不 是 必 須 的 。

使 用  Vin 供 電

使 用 Vin 供 電

電 池 盒 和 電 池 一 樣 ,也 有 相 對 應 的 Size,18650 電 池 盒 AA 電 池 盒 AAA 電 池 盒 ,各 不 相 同 。電 池 盒 會 分 節 數 ,就 是 它 可 以 裝 幾 多 節 電 池 ,你 要 按 Arduino UNO 所 需 要 的 電 壓 來 選 相 對 應 的 節 數 ,1.2v 就 要 6 顆 以 上 ,3.7v / 3.2v 就 2 顆

隨 了 外 置 電 池 盒 之 外 ,以 Shield 擴 展 板 出 名 的 Arduino,當 然 亦 會 有 一 些 battery shields。最 簡 單 的 就 是 上 面 這 一 類 ,插 兩 顆 普 通 AAA 電 池 的 。它 可 以 直 接 插 在 Arduino UNO 上 面 使 用 ,不 需 要 另 外 駁 線 。雖 然 很 方 便 ,但 這 一 類 shield 都 不 便 宜 ,因 為 兩 顆 1.5V 電 池 其 實 是 唔 夠 電 壓 的 ,所 以 它 們 都 需 要 有 升 壓 的 電 路 。

高 級 一 點 就 會 用 鋰 電 池 ,而 且 附 有 micro usb 插 頭 ,可 以 直 接 充 電 ( 用 一 般 的 手 機 充 電 器 就 可 以 了 )。上 面 這 一 款 ,還 可 以 用 太 陽 能 板 來 充 電 呢 ,絕 對 環 保 。

隨 了 是 給 Arduino UNO 用 的 ,當 然 也 有 給 其 他 型 號 用 的 battery shield。

除 了 Arduino 專 用 的 battery shield,其 實 Raspberry Pi 的 電 池 模 組 也 可 以 另 類 選 擇 ,就 像 上 面 這 一 款 ,它 有 兩 個 USB 供 電 接 口 ,同 樣 是 輸 出 5V 電 壓 ,一 樣 可 以 給 Arduino 供 電 。

如 果 你 想 自 己 DIY 當 然 也 可 以 ,畢 竟 鋰 電 池 非 常 常 見 ,充 電 放 電 等 技 術 亦 已 經 非 常 成 熟 。不 過 大 家 要 記 得 ,鋰 電 池 的 電 壓 只 有 3.7-4.2V,並 不 足 夠 Arduino 使 用 ,所 以 一 樣 要 加 入 升 壓 模 組 。

我 自 己 喜 歡 找 一 些 特 別 標 榜 「邊 充 邊 放 」的 鋰 電 池 充 電 模 組 ,使 用 上 更 為 方 便 。

如 果 嫌 充 電 和 升 壓 模 組 分 開 買 太 麻 煩 ,其 實 坊 間 亦 有 很 多 「充 電 寶 」的 模 塊 ,本 身 已 經 支 援 鋰 電 池 的 充 電 和 放 電 ,而 且 輸 出 電 壓 就 正 正 就 是 Arduino 所 需 要 的 5V。這 種 模 塊 大 大 小 小 數 以 千 百 計 的 ,大 家 可 以 按 自 己 的 project 要 求 來 購 買 。

鋰 電 池 方 面 ,我 喜 歡 購 買 「超 薄 」的 那 些 「聚 合 物 鋰 電 池 」,就 買 跟 UNO 差 不 多 大 小 的 。但 如 果 你 不 喜 歡 超 薄 的 話 ,其 實 就 用 回 18650 鋰 電 池 也 一 樣 可 以 的 。

DIY battery pack

DIY battery pack

DIY battery pack

DIY battery pack

battery

DIY battery pack + Arduino Case

battery

DIY battery pack + Arduino Case

上 面 就 是 我 自 己 DIY 的 鋰 電 池 模 組 ,我 會 另 外 加 一 個 普 通 的 Arduino Case,把 它 疊 到 Arduino 的 下 面 來 使 用 ( 這 個 是 給 Mega 用 的 )。玩 到 無 電 的 時 候 ,直 接 用 電 話 充 電 器 插 micro USB 充 電 就 可 以 了 。

Pi Battery Shield + Arduino UNO

Pi Battery Shield + Arduino UNO

Pi Battery Shield + Arduino UNO

Pi Battery Shield + Arduino UNO

Pi Battery Shield + Arduino UNO

Pi Battery Shield + Arduino UNO

Pi Battery Shield + Arduino UNO

Pi Battery Shield + Arduino UNO

上 面 這 第 二 款 ,是 我 自 己 用 Raspberry Pi 的 battery shield 去 改 裝 的 。我 自 己 界 了 兩 塊 阿 加 力 膠 片 ( 2mm ),按 著 Pi 和 UNO 的 安 裝 孔 來 鑽 孔 ,再 加 幾 條 銅 柱 作 支 撐 。組 裝 起 來 雖 然 有 點 厚 ,但 大 小 也 算 合 適 ,而 且 電 路 和 電 池 都 唔 駛 自 己 搞 ,部 分 玩 家 可 能 會 覺 得 安 全 一 點 。

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我的 Stem Project (二) 使用 Scratch 來控制 Arduino UNO
我的 Stem Project (三) 使用 Push Button 來做 Input
我的 Stem Project (四) Push Button 進階一點的用法
如何購買 Arduino ?( STEM project )
我的 Stem Project (五) 考反應小遊戲
我的 Stem Project (六) 用 Arduino 控制 7 segment display (基礎篇)
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我的 Stem Project (八) 用 Arduino 控制 7 segment display ( 簡化篇 )
我的 Stem Project (九) 用 Arduino 控制 Buzzer 唱歌
我的 Stem Project (十) Arduino Multi-function Shield using Scratch (1)
自己動手做一個 Arduino Shield ( STEM project )
我的 Stem Project (十一) Arduino Multi-function Shield using Scratch (2)
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Arduino 的電池 ( STEM project )
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[STEM] 如何選購 LED
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修理損壞的 Arduino NANO ( 更換 USB diode )
ctleung張先生,男性,肖龍。
職業:I.T. Consultant
簡介:不好好讀書;七尺差五寸,手長過膝,雙耳垂肩;性寬和,寡言語,喜怒不形於色。據說少時曾斬白蛇於鳳凰山下……

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5 Responses to Arduino 的電池 ( STEM project )

  1. Ivan says:

    你好!上面提到輸入要 7-12v 低過6v就不穩定 但普通移動電源得 5v沒問題?而用4粒AA 充電 4.8v就會唔穩定?
    一位想買Arduino 學習的初學者

    • C.T. Leung says:

      呵呵,你聽書聽一半唔聽一半。Arduino UNO 有三個電源輸入方法:
      1. USB port
      2. 5.5 / 2.1 mm DC power jack
      3. Vin Pin

      Arduino UNO 本身是用 5V 電的,這點沒有爭論,所以你在 USB port 直接供給一個 5V 電源是完全沒有問題的。移動電源不是充電池,它的輸出會經過整壓整流,所以是一個穩定的 5V 電源。

      而那個 DC power jack 和 Vin。兩者供電都是會先經過一個 voltage regulator(內建於 UNO 主板),然後才輸出5V電給 UNO 用。所以,你才可以在 DC power jack 使用 6V-20V ( 但 recommend 係 7-12V ) 的電源。而一般的 voltage regulator 都是降壓為主的,所以你不能輸入一個 4.8V的電源而輸出 5V 電壓。一般的 voltage regulator 都會要求輸入電壓高於輸出電壓至少1V,才能穩定運作。

      如果你供應一個穩定的 4.8V 給 USB port,我覺得問題應該不大。但我們都知道,電池的電壓會隨著放電而下降,如果到了每顆電池都只有1V,整體只有 4V,那還推唔推得動 Arduino 呢?我自己未試過,你可以試試然後告知我結果。多謝晒。

      ** 在使用 USB 供電時要特別小心,一定要使用穩定的 5V 電源。你可以想像用 USB 供電是繞過了所有保護裝置,稍為過高的電壓 (6V) 就會燒毀 Arduino 主板。

  2. Phyllia says:

    請問,lilipad的鈕扣電池座是否可以與一般非lilipad的LED縫在一起?
    抑或您可有知道其他可縫式的鈕扣電池座嗎?
    由於手上有可縫式LED,卻找不到合適的小型電池盒,所以發現lilipad,
    還請您指點迷津,
    感謝您~

    • C.T. Leung says:

      不太明白你「電池座和 lilypad 縫在一起」的意思。

      或者這樣說吧,你手上有 lilypad,你亦有 LED,你應該可以將它們「縫在一起」吧 ( 用所謂的 conductive thread ) ?

      然後再去看看 lilypad 的電池盒。

      不管是用鈕電的,還是用 3A 電池的,不一樣也可以用 conductive thread 「縫在一起」麼?

      你懂得連接 lilypad 和 led,應該不會不懂得連接 lilypad 和電池盒吧?

      如果你問的是,是否可以跳過 lilypad ( 就是不用 lilypad ),直接用電池盒給 led 供電,當然也可以。

      但你要注意電池盒的輸出電壓,是否和你的 LED 相乎。如果不相乎,你可能要額外增加電路來升高或降低電源的電壓 ( 加電阻或者升壓電路 )。

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