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●樹莓派 Pi3 Pi4可用:UPS 鋰電源擴展板V3P (行動電源5V 3A 10000mAh)
NT$900
運費NT$50
條碼005220825
產品說明6

新款

UPSPack v3P 是在2021年2月發布的新一代樹莓派UPS不間斷電源擴展板的新型號。

根據以往v1和v2版本v3版本的迭代升級,V3P版本是樹莓派UPS供電穩定的一種供電方案,V3P優化了電路,增加了自鎖開關的PH2.0 4P接口

*(自鎖開關需另外購買) ,之後我們也會有配套的盒子出售,敬請關注。

UPS板尺寸:長86.02mm x寬56.02mm x高10mm(高:以元件最高凸出位置測量,不含電池高度)

注意電池尺寸不要買錯,只有4000毫安電池比UPS主板小,其他容量都比UPS大:

型號 體積(長x 寬x 厚)
4000mAh 70mm x 41mm x 9.5mm
6500mAh 116mm x 50mm x 8mm
10000mAh 115mm x 65mm x 9mm

發貨清單:

1. UPS主板一個

2. 鋰電池一個

3. 電子說明書 (請來信索取)

4. 包裝盒

功能升級

以下列出UPS V3P版本和V3版本的產品差異:

功能特點 RPi UPSPack V3版本 RPi UPSPack V3P版本
輸入接口 TYPE-C接口(兼容新Pi4的電源線) TYPE-C接口(兼容新Pi4的電源線)
輸出電流 5V 3A 5V 3A
外部停電,Pi持續供電(不重啟) 支持 支持
硬件開停機開關
GPIO供電接口和UART、halt signal信號接口
鋰電池電量統計 支持 支持
開機低壓檢測 支持 支持
電源適配器異常檢測(停電時刻檢測) 支持 支持
USB-A座輸出電壓值檢測 支持 支持
電池耗盡前自動通知關機 支持 支持
停電後,程序自動開機 支持(無需人工干預,程序開機) 支持(無需人工干預,程序開機)
停電後,UPS自動切換成休眠模式 支持 支持

EXT BTN 接口

不支持 支持PH2.0 4P 帶LED的自鎖開關按鈕
UPS與Pi的串口(UART)通訊:    
通訊設置 9600 bps 8N1 9600 bps 8N1
協議版本號 V3.1(及更高版本,需更新) V3.2(及更高版本,出廠最新)
協議向下兼容性 兼容V3老版本的UPS通訊協議 兼容
     
UPS與Pi的單總線通訊(System halt signal)    
通訊IO口 UPS主板的STA接口連接樹莓派GPIO18(BCM 18) UPS主板的STA接口連接樹莓派GPIO18(BCM18)
通訊協議 脈衝方式 電平方式
軟件兼容性 V3,v3P採用脈衝檢測更為可靠(與V2版本軟件不兼容) 電平檢測方式

性能參數

以下是是UPS v3P輸出電流、續航時間、斷電不重啟、電池耗盡前安全關機和自動開機,幾個方面來闡述UPS v3的性能和注意事項。

輸出電流

通過EBC-A10H對UPS v3 V3P進行電流測試。輸出電流能達到:5V 3A。經過實際測試Pi4運行官方Raspbian系統時,正常的功耗是5V 1A左右,如插入攝像頭和U盤等外設的情況下,功耗逐漸增大到5V 2A。所以採用UPS v3對Pi4進行供電,是有較大的餘量的。並且在輸出3A的情況下。2.54排針接口也能保證5V以上的供電。用戶需要注意5V和GND必須使用矽膠杜邦線。如採用普通杜邦線,在電流較大時,會引起較大線損,從而在Pi4上屏幕上觀察到閃電的低壓符號。

 

 

續航時間

UPS v3 V3P板載電池接口為PH 2.0封裝(兼容以往的老型號UPS主板),PCB板上有印刷正極、負極的標誌。產品提供了3種不同容量的電池可供客戶選擇。客戶亦可自行接入不同容量、額定電壓為3.7V的鋰聚合物電池,或者是3.7V 18650/21700/21650電池組。注意:輸入UPS電池接口的電壓範圍必須是小於等於4.2V。(所有電池組必須是並聯關係,不能把電芯串聯)。不支持3.65v磷酸鐵鋰電池包。UPS v3標準成品提供3種容量、不同體積的鋰電池供客戶選擇:

型號 體積(長x 寬x 厚)
4000mAh(額定電壓3.7V,電池內置保護板) 70mm x 41mm x 9.5mm
6500mAh(額定電壓3.7V,電池內置保護板) 116mm x 50mm x 8mm
10000mAh(額定電壓3.7V,電池內置保護板) 115mm x 65mm x 9mm

我們搭建了不同的應用組合,得到瞭如下的續航數據:

電池容量 Pi4單機 Pi4+官方7寸屏(DSI接口) Pi4+3.5寸(GPIO) Pi4+5寸(HDMI) Pi+7寸(HDMI)
4000mAh 5.5h 2.5h 4.0h 3.3h 2.0h
6500mAh 9.0h 4.0h 6.5h 5.2h 3.2h
10000mAh 14.5h 6.0h 10.0h 8.5 5.0h

測試方式:

1. 以上所有數據單位為小時(hours)。

2. 運行的系統為:2020-05-27-raspios-buster-full-armhf ,系統不做任何設置修改。系統後台只運行一個RPi_runtime_recoder.py進行時間統計。

3. 3種容量的電池完全充滿電量,然後接入樹莓派後,利用程序進行時間記錄。放電截至點為UPS讓樹莓派自動關機,通過log文件查看實際運行的時間。

4. 下載、並運行UPSPACK_V3/time_count/RPi_runtime_recoder.py 進行時間記錄。當樹莓派關機後,接入電源適配器讀取程序目錄下的time_log.txt進行續航時間的查看。

斷電不重啟

斷電不重啟是UPS v3的基本功能。以下演示的是Pi4和7寸HDMI屏幕都由UPS v3進行供電,人工拔掉輸入的TYPE-C供電線,用來模擬外部停電的情況。Pi4和HDMI屏幕都將維持穩定的工作。

開機低壓檢測及自動關機和自動開機

當UPS 單獨靠電池供電時,電池會有耗盡的情況。所以我們設計了一系列自動化開機和關機的策略,以使得UPS能工作在無人值守的環境中。

  • 開機低壓檢測:當插入的電池電壓小於3.48V時,UPS會判斷當前電池為即將耗盡的狀態。此時雖然輸出開關打到ON狀態,UPS也不會對外輸出5V,低壓狀態下UPS會關閉所有輸出,並且自行進入休眠。(原因是:在電池耗盡狀態,強制開機,在樹莓派還沒啟動到桌面,電池保護板可能會停止輸出。如沒有這項保護策略,樹莓派系統可能會因非法關機導致系統文件破損)。只有當插入TYPE-C充電線,UPS會自動喚醒,並且自動進入充電流程,充電到一定電量自動開啟外部電源輸出。
  • 自動關機: 當外部電源適配器停電,UPS自動採用電池作為後備電源對樹莓派進行供電。當電池即將耗盡之前,UPS主板會通過System halt signal通知樹莓派提前關機。然後UPS主板會自動切斷樹莓派主電源,並且UPS自動進入睡眠模式,等待外部供電恢復。
  • 自動開機:當外部供電恢復後,UPS主板會自動恢復運行,並且開始對電池進行充電。經過一段時間充電後,UPS主板會自動打開樹莓派的主供電電源,從而讓樹莓派恢復運行狀態。

以下採用可編程電源模擬電池低壓開機,UPS主板自動進入低壓休眠,5V不輸出。當TYPE-C線接入後,自動恢復運行和電壓輸出的整個過程:

硬件說明

接口說明

標號 名稱 描述
1. TYPE-C 電源適配器充電接口 外部5V電源對UPS進行供電的接口,供電需求5V 2A-3A
2. USB-A 座 2個USB-A座對樹莓派主板進行供電。
3. LED 電量指示燈 4個LED燈(D1-D4)用於指示鋰電池的當前電量
4. UPS主板測試口 工廠用於燒錄UPS程序和自動測試主板。該接口對用戶無用。
5. 新塘MCU控制器 用於充放電路徑管理,和樹莓派主板相互通訊等功能。
6. 雙PMU(Power Manage Unit) 2顆電池充電放電,路徑管理芯片(芯片已加密)
7. PH2.0 鋰電池輸入接口 支持1S 3.7V鋰電池,可兼容3.7V18650 / 21700等電池組(要求電池組額定電壓為3.7V)
8. UPS輸出總開關 ON / OFF 開關,當開關打到ON後,UPS輸出5V到樹莓派主板。OFF則反之。(外部停電且電池低壓,程序會自動關閉電源輸出)
9. 2.54mm排針口 3P排針口:單線通訊和UART接口,用於連接樹莓派主板的GPIO口,進行通訊。
2P電源口:通過樹莓派GPIO電源接口進行5V供電。
產品默認贈送排針,玩家如需使用到以上接口,可以選擇性焊接。
10. 電源輸出LED燈 當輸出5V穩定後,LED綠燈亮起。
11. PH2.0接口

EXT BTN 意思是可以接帶有LED燈的自鎖開關按鈕

UPS供電方式

電源適配器對UPS供電

UPS v3主板通過TPYE-C線對UPS主板進行供電。對外部電源適配器的需求是5V 2A - 5V 3A。UPS內部有電源路徑管理系統,會自動調節輸入電流的大小。例如:當外部無負載、或者負載較輕,且UPS板載的電池也已經充滿的情況下。輸入電流會約等於負載的消耗電流。TYPC-C 輸入的充電線,盡量採用短而粗的電源線,讓線損較小,從而到達UPS的主板的充電功率是充足的。

提示:如果電源頭標稱參數為5V 3A,UPS工作在邊充邊放狀態,電池電量還一直在減少的原因,可能是輸入TYPE-C的線損較大(或電源頭參數虛標),實際電源適配器到達TYPE-C接口的功率不足以同時給負載供電和同時給電池充電導致的。

解決方案:更換大品牌質量可靠的電源頭和品牌充電線(較粗)。

UPS對樹莓派主板供電

UPS主板可以使用USB-A座對樹莓派主板進行供電,也可以通過GPIO 5V接口對樹莓派進行供電。兩種供電方案,選任意一種即可。

供電方式 說明
使用USB-A對樹莓派主板進行供電 UPS插入TYPE-C電源線與Pi4進行供電。(Pi3及更老版本可以使用Micro-USB線進行連接)。優點:無需焊接,使用方便。缺點:USB座和USB線組成的接口整體內阻稍大,適合Pi4常規應用。USB線請選擇盡可能短而粗的線,減少線損壓降,防止Pi4出現閃電符號的情況。如還是出現閃電符號,可選用如下的GPIO直接供電的方案進行供電。
通過GPIO接口對樹莓派進行供電 在UPS上焊接5V排針,用22AWG短而粗的矽膠杜邦線對Pi4進行供電。柔軟的矽膠杜邦線可承受5A的電流,並且內阻較小。請勿使用普通鋁包銅的信號杜邦線,這將會引入較大內阻,從而導致線損壓降大,Pi屏幕上出現低壓閃電符號。
供電方式(以下2選1) 接線實例
使用USB-A對樹莓派主板進行供電
通過GPIO接口對樹莓派進行供電

LED顯示

UPS主板上板載6個LED燈:

  • 綠色LED:D1、D2、D3、D4用於電池的電量顯示
  • 紅色LED:Charge Status 為充電狀態指示燈。(以下簡稱CS燈)
    • 當UPS關閉輸出,用戶只對UPS進行充電時:電池未充滿時,CS燈閃爍。當電池完全充滿時,CS燈常亮。
    • 當UPS工作在邊衝邊放狀態下:CS燈一直為閃爍狀態。只有當負載較輕的情況下,如給Pi Zero或者類似較輕負載供電時,經過較長充電後,CS燈會顯示常亮。此燈由PMU管理芯片輸出控制,當電池未充滿時,都表現為閃爍狀態。
    • 當UPS開關關閉,並​​且TYPE-C對UPS充電也關閉時:CS燈持續常亮20s後自動關閉。
  • 綠色LED:Power LED為輸出電源指示燈。當UPS向樹莓派主板輸出5V電源時,此燈點亮。

LED電量顯示表:

D4 D3 D2 D1 電池電壓
閃爍 小於3.45v
常亮 3.55v
常亮 常亮 3.72v
常亮 常亮 常亮 3.89v
常亮 常亮 常亮 常亮 大於4v

當D1-D4都常亮,並且CS燈也常亮,表示電池已完全充滿。

電池接口

UPS主板的電池接口:PH2.0座。產品出廠配套的電池組內部已集成鋰電池保護板。如用戶想自行接入DIY的電池包,請注意以下幾個注意事項:

  • 電池輸出線的接口為PH 2.0公頭,注意接口的正極和負極!如電池線接反,UPS將會燒毀!
  • 自主電池組為1S 3.7V鋰電池:額定電壓3.7V,充滿電壓4.2V的電池組。常規兼容型號:18650、21700、21650等電池組都兼容。不兼容磷酸鐵鋰電池。
  • 容量無特別要求,但考慮到Pi4續航,最佳容量最好大於4000mAh
  • 自己組裝的電池組盡量帶6A及以上大電流鋰電池保護板:市面上常規的鋰電池保護板參數為3A-4A,當外部需要大電流時,保護電流太小的保護板可能會導致輸出打嗝的狀況。


機械尺寸圖

通訊接口

UPS V3. V3P與樹莓派通訊,採用2種方式:UART接口和STA單總線接口。STA單總線接口簡單靈活,只需要在pi上通過任意一個閒置的GPIO口(提供的Pi端python程序默認為:GPIO 18,玩家可自行更改)和UPS就能進行通訊。UART接口則可以讓PI讀取更為豐富的UPS目前工作信息。

2個接口的作用如下:

  • UART接口:UPS和樹莓派的板載串口進行通訊。樹莓派可以得到的信息:通訊心跳包、外部是否停電、電池容量百分比、向外輸出電壓值。
  • STA單總線接口:UPS主板在電池耗盡之前發送給樹莓派主板一個脈衝信息(Halt signal),讓樹莓派安全的進行軟件關機。當樹莓派安全關機後,再次切斷樹莓派的5V主供電電源。(USB-A座和2P排針座都受程序控制)。當外部電源恢復後,UPS主板會自動進入充電流程,當電池充電到達一定容量,會自動對樹莓派恢復供電。

軟件驅動

安全關機

1. 把產品配套的資料包,解壓縮到 /home/pi/UPSPACK_V3 目錄下。檢查shutdown_check.py的完整目錄是

shutdown_check.py完整目錄為如下:

/home/pi/UPSPACK_V3/shutdown_check.py

2. 更改/etc/rc.local,把自動關機的程序添加成開機自動啟動

sudo nano /etc/rc.local #在最下面的exit的上面一行添加如下內容sudo python3 /home/pi/UPSPACK_V3/shutdown_check.py &

1. 完成以上步驟,即可實現當電池耗盡前,樹莓派自動安全關機的功能。並且當外部恢復電源,UPS板子會自動進行充電。當電池充電到一定電量後,UPS會自動開啟樹莓派的電源。

UART軟件

UPS和樹莓派通過UART接口進行信息交互,可以得到更為豐富的信息:

  • UPS運行時間
  • 外部TPYE-C供電口是否供電正常?(GOOD 或者Not Good)
  • 電池當前百分比電量
  • UPS當前輸出電壓值

安裝過程:

1. 把UPS v3的UART口(TX、RX)和樹莓派的UART口進行連接,詳情見:通訊接口

2. 編輯/boot/config.txt

3. 增加2行內容,並且ctrl+x保存退出

# 針對2020-08-20-Raspberry Pi OS及更新版本enable_uart=1 dtoverlay=disable-bt

1. # 針對2020-05-27-Raspberry Pi OS 以及更老版本的系統enable_uart=1 dtoverlay=pi3-miniuart-bt

2. 再次用ls -al /dev,查看串口0和串口1的指向關係。主要是查看serial0 -> ttyAMA0

1. 重啟樹莓派

sudo reboot

2. 通過minicom串口軟件,驗證樹莓派的串口0和UPS進行正常通信。

sudo apt-get install minicom -y sudo minicom -D /dev/ttyAMA0 -b 9600

可以看到UPS發到樹莓派上的協議數據包。由於Linux上'n'只換行,不回到行首。所以minicom上看到的協議,會超出屏幕

這沒有關係,我們後面可以利用python來過濾這些信息。

提示1:退出minicom按鍵: Ctrl+A --> z --> x

提示2:如未看到通訊協議包,說明UART連接不正確,參考通訊接口。或者是serial0 -> ttyAMA0指向不正確。按照以上步驟仔細檢查。 

3. 進入程序目錄/home/pi/UPSPACK_V3/UPS_GUI_py,雙擊 UPS_GUI_demo.py  ,跳出一個對話框直接點擊確認,即可運行Python GUI程序。即可看到UPS目前的工作狀況。

  

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本商品上架日期:2021-05-03.
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