UPS inteligente DIY: caixa de alimentação modular para ZimaBoard

Reparámos que existe uma grande procura de periféricos para a ZimaBoard na comunidade, e a UPS é uma das principais preocupações. Eis uma UPS inteligente muito compacta e sofisticada, criada pelo membro da comunidade CP0204, que achámos que valia a pena partilhar convosco.

Contexto do projeto:

Muitos dos dispositivos utilizados pela CP0204, como os computadores ARM e o servidor de placa única ZimaBoard, utilizam fontes de alimentação de 12 V CC. Para evitar danos nos dispositivos e a perda de dados dos discos rígidos mecânicos durante falhas súbitas de energia, a CP0204 decidiu desenvolver uma fonte de alimentação UPS inteligente como fonte de alimentação de reserva.

Conceito de design:

A CP0204 optou por integrar módulos eletrónicos já testados no design. Em comparação com uma UPS convencional, que apenas fornece alimentação de reserva, o design da CP0204 é mais inteligente:

1. Envia ativamente comandos de encerramento aos dispositivos através da interface USB durante uma falha de energia
2. Permite monitorizar remotamente o estado de funcionamento através da aplicação
3. Permite controlar remotamente a saída de energia e cortar a alimentação à distância

Design de hardware:

Principais componentes:

• ESP32 S2 Mini: chip de controlo de todo o sistema
• Módulo UPS de 12 V: fornece alimentação de reserva
• Módulo de 12 V para 5 V: alimentação do ESP32
• Suporte para 2 x baterias 18650
• Relé e outros componentes

(Diagrama de design, alguns módulos não apresentados)

Princípio de funcionamento:

O ESP32 monitoriza continuamente a tensão de entrada. Quando a tensão de entrada <12V, deteta uma falha de energia e ativa o módulo UPS para fornecer energia através de 2 x baterias 18650. Além disso, quando a bateria está fraca, utiliza a interface USB para enviar comandos de encerramento aos dispositivos, solicitando que se encerrem.
Também foram adicionadas capacidades Wi-Fi para permitir a monitorização remota do estado e o controlo da saída de energia através da aplicação.

Resultado da implementação:

A CP0204 soldou a placa de circuito impresso personalizada, concebeu o programa de controlo e colocou tudo numa caixa semitransparente, criando uma fonte de alimentação UPS inteligente, pequena e prática.

Quando ligada aos dispositivos, deteta automaticamente falhas de energia e avisa os dispositivos para se encerrarem, evitando a perda de dados ou danos nos dispositivos. Também é possível consultar o estado de funcionamento e controlar remotamente a saída de energia através da aplicação, a qualquer momento.
Graças ao baixo consumo energético da ZimaBoard, a carga de duas baterias 18650 é suficiente para permitir o encerramento normal após uma falha de energia.

Resumo:

Através do conceito de design modular, CP0204 definiu as principais funções de uma UPS inteligente e selecionou módulos adequados e já testados para integração, criando assim um protótipo do projeto. Em comparação com uma UPS convencional, o design da CP0204 é mais inteligente, com expansões de software e hardware para monitorizar o estado, proteger os dispositivos e permitir o controlo remoto.