Adafruit TPL5110 Power Timer Breakout：低功耗電子設計的利器

在電子設計領域，低功耗設計一直是一個重要的課題。尤其是當我們的項目需要依靠電池或太陽能供電時，如何有效降低功耗成為了關鍵。今天，我們就來詳細介紹一款能夠解決這一問題的神器——Adafruit TPL5110 Power Timer Breakout。

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一、概述

許多開發(fā)板在設計時往往沒有將低功耗作為首要考慮因素，特別是那些以價格和易用性為主要賣點的產(chǎn)品。當我們需要讓項目依靠電池或太陽能運行時，傳統(tǒng)的解決方案，如拆除穩(wěn)壓器、臨時拼湊繼電器或者使用555定時器等，都存在諸多不足。

而Adafruit TPL5110 Power Timer則是一款獨立的擴展板，它可以將任何電子設備轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸脑O備。它內(nèi)置了一個定時器，能夠在100ms到2小時的范圍內(nèi)調(diào)整開啟周期。通過電位器或電阻，我們可以輕松設置定時器的延遲時間，從而實現(xiàn)對項目電源的周期性開啟和關閉。當項目完成任務后，會向TPL5110發(fā)送信號，告知其可以安全地關閉電源。如果在設定的超時時間內(nèi)沒有收到信號，TPL5110會像看門狗定時器一樣重置設備。

在TPL5110運行但項目其余部分斷電時，根據(jù)Monsoon Power Meter的測量，其電流消耗約為20uA。此外，我們還可以通過按下板載的觸覺開關（或連接自己的開關到Delay引腳）手動開啟設備。

二、引腳說明

1. 電源引腳

• VDD：這是TPL5110芯片和要控制設備的電源輸入引腳。必須確保該引腳始終連接并供電，輸入電壓范圍為3 - 5VDC，切勿使用12VDC電源。
• GND：這是電源和信號的公共接地引腳。

2. 控制引腳

• Delay：延遲控制引腳。通過調(diào)整連接到該引腳到地的電阻（而非電壓），可以改變電源開啟之間的延遲時間。默認情況下，該引腳連接到板載的微調(diào)電位器。我們也可以切斷背面的走線，然后在Delay和GND之間連接自己的電阻。此外，如果將該引腳直接連接到VDD（例如通過開關），則會立即激活輸出。需要注意的是，該引腳不是連續(xù)采樣的，更改電阻后需要重新上電。
• DRV：驅(qū)動輸出引腳。當定時器激活時，TPL5110會以與VDD相同的電壓為該引腳供電。
• Done：這是被驅(qū)動電子設備向TPL5110發(fā)送的信號引腳，用于告知TPL5110任務已完成，TPL5110可以關閉電源。

此外，在右上角還有一個“active” LED指示燈，當DRV引腳通電時會亮起。如果需要極低的電流消耗，可以切斷PCB后面的走線。

三、組裝步驟

1. 準備引腳排

根據(jù)需要將引腳排裁剪到合適的長度。將其插入面包板，長引腳朝下，這樣更便于焊接。

2. 添加擴展板并焊接

將擴展板放在引腳上，使短引腳穿過擴展板的焊盤。確保焊接所有5個引腳，以保證可靠的電氣連接。如果對焊接技巧不太熟悉，可以參考Adafruit的《Guide to Excellent Soldering》（https://adafru.it/aTk）。

四、使用方法

1. 基本操作

首先，斷開電源，通過調(diào)整板載的微調(diào)電位器設置所需的延遲時間。電位器完全向左旋轉(zhuǎn)時，開啟周期為每100ms一次；完全向右旋轉(zhuǎn)時，開啟周期為每2小時一次。然后，將VDD連接到3 - 5V的電源，將項目的電源輸入連接到DRV引腳。最后，從項目中選擇一個信號引腳連接到Done引腳。在項目的代碼或設計中，確保任務完成后將Done引腳置為高電平。

2. 延遲引腳注意事項

• 不要在該引腳連接電壓，而是使用電阻來確定延遲時間。
• 該引腳不是連續(xù)采樣電阻值的，只有在通電時才會采樣一次。因此，先設置好所需的延遲時間，然后再給擴展板上電。
• 可以通過將Delay引腳連接到VDD來立即開啟項目。板載默認有一個按鈕，也可以連接自己的按鈕。

• 電阻與延遲時間不是線性關系，而是通過一個復雜的算法根據(jù)電阻值來設置時間?？梢圆榭磾?shù)據(jù)手冊進行精確計算，也可以參考以下大致的對應表格：	延遲時間	電阻值
  1秒	5.2 KΩ
  2秒	6.79 kΩ
  3秒	7.64 kΩ
  4秒	8.3 kΩ
  5秒	8.85 kΩ
  6秒	9.26 kΩ
  7秒	9.71 kΩ
  8秒	10.18 kΩ
  9秒	10.68 kΩ
  10秒	11.2 kΩ
  20秒	14.41 kΩ
  30秒	16.78 kΩ
  40秒	18.75 kΩ
  50秒	20.047 kΩ
  1分鐘	22.02 kΩ
  2分鐘	29.35 kΩ
  3分鐘	34.73 kΩ
  4分鐘	39.11 kΩ
  5分鐘	42.90 kΩ
  6分鐘	46.29 kΩ
  7分鐘	49.38 kΩ
  8分鐘	52.24 kΩ
  9分鐘	54.92 kΩ
  10分鐘	57.44 kΩ
  20分鐘	77.57 kΩ
  30分鐘	92.43 kΩ
  40分鐘	104.67 kΩ
  50分鐘	115.33 kΩ
  1小時	124.91 kΩ
  1小時30分鐘	149.39 kΩ
  2小時	170 kΩ

如果需要較短的延遲時間，而板載的200 kΩ微調(diào)電位器難以實現(xiàn)精確計時，可以切斷PCB背面的走線，安裝所需的電阻，并對整個設置進行硬重置。

3. ESP8266 Feather示例

ESP8266可能需要一些調(diào)整才能正常工作，并且某些引腳有特殊用途，不適合作為Done引腳。這里有一個ESP8266 Feather與NeoPixel環(huán)的示例。我們通過一個擴展適配器從microUSB電纜供電，USB電源通過TPL5110連接到電源軌。為了穩(wěn)定電源軌，我們添加了一個47uF的電容器。

在代碼中，我們不斷地將Done引腳拉高和拉低，以確保TPL5110能夠“捕捉”到信號。雖然這可能不是必需的，但也不會有壞處。不過需要注意的是，雖然有人成功地將該擴展板與Huzzah ESP8266 Feather配合使用，但也有人反饋無法正常工作，因此使用ESP8266時并不能保證一定能成功。

五、實用配件

• 20mm Coin Cell Breakout Board (CR2032)：這是一款簡單而有效的可縫紉擴展板，上面焊接了一個CR2032硬幣電池座，并帶有0.1"間距的擴展引腳，便于連接，非常適合為低功耗設備供電。點擊購買
• JST - PH 2 - Pin SMT Right Angle Breakout Board：這是一個焊接在面包板友好型擴展板上的簡單2引腳連接器，與“JST PH 2 - pin”連接器兼容，可與所有單電池設備完美匹配。點擊購買
• USB Micro - B Breakout Board：該擴展板帶有一個USB Micro - B連接器，所有5個引腳都引出，非常適合與支持USB的微控制器配對，或者為項目添加USB 5V電源。點擊購買
• Breadboard - friendly 2.1mm DC barrel jack：這款電源插孔設計用于緊密、安全地適配2.1mm電源插頭，非常適合為項目添加電源連接器。點擊購買

六、下載資源

• Fritzing對象：可在Adafruit Fritzing庫中獲?。?a href="http://m.sdkjxy.cn/outside?redirect=https://adafru.it/aP3" target="_blank">https://adafru.it/aP3）。
• EagleCAD PCB文件：可在GitHub上獲?。?a href="http://m.sdkjxy.cn/outside?redirect=https://adafru.it/uFz" target="_blank">https://adafru.it/uFz）。
• 原理圖和制造圖紙：可查看相關資料。
• TPL5110數(shù)據(jù)手冊：點擊下載

總的來說，Adafruit TPL5110 Power Timer Breakout為電子工程師提供了一個簡單而有效的低功耗解決方案。通過合理設置定時器和使用相關配件，我們可以輕松實現(xiàn)各種低功耗項目。你在實際使用中是否遇到過類似的低功耗設計問題呢？你又是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和想法。