Il Power Management HAT è un power bank intelligente progettato per Raspberry Pi. Con l’MCU e l’RTC Arduino integrati, l’HAT è dotato di una funzione di gestione automatica dell’alimentazione che consente al Pi di lavorare in modo più efficiente dal punto di vista energetico e in modo più sicuro.

Se state cercando alcune caratteristiche utili per ottimizzare il funzionamento di Raspberry Pi, come una maggiore durata della batteria o il controllo dell’accensione e spegnimento automatico, questo HAT per la gestione dell’alimentazione sarebbe la scelta ideale.

Cos’è il Power Saving?

Ormai è consuetudine sentir parlare di “algoritmi di risparmio energia” o “power saving” ma, all’atto pratico, troppo spesso si tende a considerarli come una sorta di “black box” messa lì e data sostanzialmente per scontata. Beh, iniziamo subito dicendo che dietro a questo tipo di sistemi di gestione dell’energia di un sistema c’è una ricerca continua e decisamente complessa. Non si tratta banalmente di “risparmiare batteria”, ma di dimensionare e far lavorare un intero sistema secondo complesse tecniche computazionali direttamente collegate al funzionamento hardware della macchina.

Le due tecniche più diffuse sono il Clock Gating e il Power Gating.

Il clock gating è una tecnica utilizzata in molti circuiti sincroni per ridurre la dissipazione di potenza dinamica, disattivando il segnale di clock quando il circuito non è in uso. Il clock gating consente di risparmiare energia neutralizzando il clock, al costo di aggiungere più logica a un circuito. Questo tipo di neutralizzazione, disabilita parti del circuito in modo che i flip-flop in esse contenuti non debbano cambiare stato. Sì, perché gli stati di commutazione consumano a loro volta energia: sebbene possa sembrare un dettaglio trascurabile, sappiate che all’interno di un sistema i cambi di stato sono operazioni che avvengono migliaia di volte al secondo. Quando non viene commutato, il consumo di potenza di commutazione va a zero e si verificano solo correnti di dispersione.

 

Sebbene i circuiti asincroni per definizione non abbiano un “clock”, il termine “clock gating” viene utilizzato per illustrare come queste tecniche siano semplicemente approssimazioni del comportamento dipendente dai dati esibito dai circuiti asincroni. Quando il segnale di clock di un circuito sincrono si avvicina a zero, il consumo di energia di quel circuito si avvicina a quello di un circuito asincrono: il circuito genera solo transizioni logiche.

Il power gating è una tecnica utilizzata nella progettazione di circuiti integrati per ridurre il consumo di energia, interrompendo la corrente ai blocchi del circuito che non sono in uso. Oltre a ridurre la potenza di standby o di dispersione, il power gating ha il vantaggio di consentire il test Iddq (un metodo per testare i circuiti integrati CMOS per la presenza di difetti di fabbricazione).

Il power gating influenza l’architettura di progettazione più del clock gating. Esso, infatti, aumenta i ritardi di tempo, poiché le modalità con gate di alimentazione devono essere gestite in sicurezza. Esistono compromessi architetturali tra la progettazione per la quantità di risparmio energetico di dispersione nelle modalità a bassa potenza e la dissipazione di energia per entrare e uscire dalle modalità a bassa potenza. La disattivazione dei blocchi può essere eseguita tramite software o hardware. Il software del driver può programmare le operazioni di spegnimento. È possibile utilizzare timer hardware e un’altra opzione è un controller di gestione dell’alimentazione dedicato.

 

Un alimentatore commutato esternamente è una forma molto elementare di power gating per ottenere una riduzione della potenza di dispersione a lungo termine. Per spegnere il blocco per piccoli intervalli di tempo, è più adatto il gate di alimentazione interno. Gli interruttori CMOS che forniscono alimentazione ai circuiti sono gestiti dai controller dell’alimentazione. Le uscite del blocco con gate di potenza si scaricano lentamente, quindi i livelli di tensione di uscita trascorrono più tempo nel livello di tensione di soglia. Questo può portare a una maggiore corrente di cortocircuito, elemento che non è affatto da sottovalutare.

Con l’avvio automatico in un periodo specificato e lo spegnimento automatico in altri momenti, l’HAT può aumentare notevolmente la durata della batteria. Monitorerà lo stato di tensione/corrente di funzionamento del Raspberry Pi in tempo reale e può essere configurato per spegnere il Pi in base allo stato operativo. Inoltre, viene fornito con un pratico interruttore di alimentazione per una facile accensione o spegnimento (spegnimento sicuro del Pi tramite software), per evitare la perdita di dati causata dallo scollegamento dell’alimentatore.

Caratteristiche Generali

• Header di estensione GPIO 40PIN standard Raspberry Pi, supporta schede della serie Raspberry Pi.
• MCU ATmega328P integrato, supporta la programmazione Arduino.
• Chip RTC PCF8523 integrato, fornisce informazioni RTC precise.
• Convertitore UART CP2102 integrato, per comunicazione UART o programmazione ATmega328P.
• Il pulsante definito dall’utente può essere utilizzato per l’avvio di Raspberry Pi, lo spegnimento sicuro o altre funzioni personalizzate.
• I circuiti di protezione come l’anti-inversione dell’alimentazione, ecc. garantiscono un funzionamento stabile e sicuro.
• Il circuito di monitoraggio della tensione/corrente controlla la tensione e la corrente di esercizio del Raspberry Pi in tempo reale.
• Viene fornito con risorse di sviluppo e manuale.

Specifiche Tecniche

• Controllore: ATmega328P-AU.
• Interfaccia di comunicazione: UART + GPIO.
• Baudrate: 115200 bps per impostazione predefinita (programmabile).
• Interfaccia di alimentazione: porta USB o connettore PH2.0.
• Tensione di ingresso alimentazione USB: 5V.
• Tensione di ingresso alimentazione PH2.0: DC 7~28V (alimentatore regolato o batteria al litio).
• Circuiti integrati: alimentazione anti-inversione, monitoraggio tensione, monitoraggio corrente.
• Dimensioni del foro di montaggio: 3,0 mm.

Potete trovare il Raspberry Pi Power Bank qui a un costo di circa 20 dollari.