Экономия энергии

Бюджет посчитан, батарея выбрана — но робот всё равно живёт меньше, чем хотелось бы. Прежде чем ставить батарею побольше и тяжелее, стоит спросить: а всё ли потребляет энергию только тогда, когда это нужно? Часто робот половину времени тратит ток впустую, и грамотная экономия удлиняет работу вдвое без единого лишнего грамма.

Выключай то, что сейчас не работает

Простейшая и самая мощная идея: если узел сейчас не нужен — выключи его. Камера нужна только когда робот осматривается, а не когда стоит на месте. Подсветка нужна в темноте, а не постоянно. Мозг может включать и выключать питание отдельных узлов через транзистор-ключ и экономить их ток целиком.

Режим сна

Микроконтроллеры умеют засыпать — переходить в состояние, где потребляют в сотни раз меньше, почти ничего. Это выгодно, когда робот большую часть времени ждёт события: нажатия кнопки, сигнала датчика, наступления времени.

Идея такая: робот делает короткую полезную работу, а потом засыпает до следующего события, вместо того чтобы всё время крутиться вхолостую и жечь батарею. Проснулся по кнопке или по таймеру, поработал, снова уснул.

Скважность. Приём, когда робот работает короткими вспышками, а между ними спит, называют работой со скважностью (по-английски duty cycling). Датчик погоды, который просыпается раз в минуту, измеряет и снова засыпает, живёт на одной батарее месяцами вместо дней.

Не грей воздух: выбор преобразователя напряжения

Роботу часто нужно превратить, скажем, 7 В батареи в 5 В для логики. Сделать это можно двумя способами. Линейный преобразователь проще и дешевле, но лишнее напряжение он превращает в тепло — то есть буквально сжигает часть энергии батареи впустую. Импульсный преобразователь заметно экономичнее: он не греется, а честно понижает напряжение с малыми потерями. Для робота, который должен долго жить на батарее, разница существенна.

Моторы: где утекает больше всего

Раз моторы — главные потребители, там и главная экономия. Не заставляй робота ехать на полной скорости, если задача не требует. Плавный разгон вместо рывков бережёт и батарею, и механику. А застопоренный мотор, который «упёрся и тужится», — это чистая потеря энергии в тепло; такую ситуацию нужно замечать (по подскочившему току) и прекращать.

Практика в мастерской. Добавь роботу кнопку пробуждения: по умолчанию он спит и почти не потребляет ток, а просыпается только по нажатию. Измерь ток в режиме сна и в работе — разница в десятки, а то и сотни раз впечатляет и наглядно показывает, откуда берётся долгая автономность.

Итог для нашего робота

Разведчик выигрывает больше всего от двух вещей: выключать камеру, когда он просто едет и не осматривается, и не гонять моторы на полной, когда достаточно спокойной скорости. Режим глубокого сна ему нужен меньше — он редко подолгу стоит без дела, — но кнопка «сон» на время простоя всё равно продлит жизнь батареи.

Провод на расстояние: Ethernet и CAN