Attiny85 e consumo anomalo batteria

[Sharktear]

Ciao a tutti,
avrei bisogno di una mano per venir fuori da un problemino con un circuito che mi toglie il sonno.

Ho un circuito che ho migliorato nel tempo che mi serve a remotizzare un pulsante. L'applicazione pratica è quella di poter aprire il portone di casa senza l'uso delle chiavi usando una applicazione su smartphone. Lo stesso in realtà potrebbe essere utilizzato per remotizzare (o meglio domotizzare) un qualunque pulsante.

L'applicazione smartphone contatta via internet una scheda arduino che a sua volta tramite un modulo radio xbee si collega ad un altro modulo xbee ricevente che è appunto collegato al mio circuito oggetto di questo messaggio.

Il circuito ricevente, alimentato a batteria, è composto dai seguenti elementi:
- un modulo radio Xbee configurato in modalità sleep ciclico per consumare il meno possibile (il circuito è per la maggior parte del tempo in basso consumo, cioè si risveglia ogni 5 secondi per 50ms per verificare se deve compiere qualche azione).
- un integrato AVR Attiny85 collegato al suddetto modulo radio
- un relè da 3V con bobina che consuma appena 80mW quando eccitata
- il tutto è alimentato a 3,3V tramite un modulo regolatore step-down Pololu D24V3F3 che abbassa la tensione erogata da una batteria a 4,5V (Duracell MN1203).

Il funzionamento del circuito è il seguente:
- il modulo radio Xbee (che si risveglia ciclicamente ogni 5 secondi) riceve un messaggio (dall'altro modulo radio a cui è accoppiato) che gli indica di commutare uno dei suoi pin di output da HIGH a LOW o viceversa.
- l'Attiny85, impostato tramite il suo firmware in modalità sleep basso consumo, ha un pin di input che è collegato al pin di output del modulo xbee e quando rileva il cambio di stato (indifferentemente da high a low o viceversa) si risveglia e genera un impulso di 200ms su un altro pin configurato come output, per poi ritornare a "dormire"
- il suddetto pin di output su cui viene generato l'impulso, è collegato direttamente al relè (senza quindi transistor di pilotaggio) in quanto i pin dell'attiny85 possono erogare fino a 40mA

Il circuito ha funzionato egregiamente per circa 15 gg rimanendo acceso per circa 12 ore al giorno, poi ieri ha smesso di funzionare... ho quindi fatto le seguenti verifiche:
- la batteria è scesa dai 4,6 V iniziali a 4,4V (apparentemente non direi quindi che è scarica), naturalmente la misurazione l'ho fatta con il carico collegato
- il modulo step-down abbassa correttamente a 3,3 la tensione
- il modulo xbee riceve correttamente il comando di commutazione del suo pin di output
- il modulo attiny85 è alimentato a 3,2 V (quindi correttamente nel suo range che può scendere fino ad 1,8V) ma NON genera più l'impulso di 200ms che comanda il piccolo relè.
- sostituendo la batteria con un alimentatore a rete da 5V (caricabatterie cellulare) il circuito torna a funzionare.

A questo punto mi viene da pensare che, seppur la batteria sembri ancora carica (4,4V) questa non abbia una corrente sufficiente ad eccitare il relè.
Il tutto mi sembra però molto strano facendo le seguenti considerazioni: il relè da specifiche ha una bobina che consuma 80mW... cioè assorbe circa 27mA quando eccitato, il solo modulo Xbee invece ne assorbe circa 40mA quando riceve il comando (e questo ho verificato che continua a funzionare correttamente)... 40mA è > di 27... come è possibile quindi che il modulo xBee funzioni mentre il relè non ce la fa a commutare??
Il relè è però collegato all'uscita del pin di output dell'attiny85... mi viene quindi da supporre che sia proprio l'attiny che non riesce più ad erogare abbastanza corrente da poter eccitare il relè...

Qualche anima pia ha qualche suggerimento? La batteria MN1203 da specifiche ha una capacità di 5400mAh e sarebbe dovuta durare dai miei calcoli per più di 60gg... anche ammesso che nel calcolo io non abbia considerato correnti di quiescenza, 15 gg sono troppo pochi e mi sa che c'è qualcosa che mi sfugge...

[EcoTan]

Dovresti verificare se Attiny può scendere a 3V con quella frequenza di clock?

[Sharktear]

Il bello dell'Attiny85 è proprio quella... lavora anche fino a 1,8V con clock ad 1Mhz.

[Shockwaver]

E' SEMPRE sconsigliabile il pilotaggio degli avvolgimenti di un relè direttamente da un integrato principalmente per due ragioni:
1) Le sovracorrenti dei transitori dell'induttore possono danneggiare l'integrato (il classico diodo in antiparallelo, SEMPRE NECESSARIO, se non adeguatamente scelto potrebbe non essere sufficiente a proteggere la porta dell'IC).

2) La corrente massima di output di un integrato non è garantita a meno di condizioni OTTIMALI di alimentazione dello stesso (tensione, corrente, dimensionamento e dislocamendo di capacità serbatoio e di disaccoppiamento, ecc.)

Come vedi appena rialzi i parametri di alimentazione tutto torna a funzionare.

In definitiva, pilotalo con un BJT e ricordati del diodo fast-switching in antiparallelo.

Edit: tra l'altro lo vedi tu stesso dalle specifiche che intorno ai 4,3V quel regolatore già non ti fornisce più la corrente massima disponibile... vallo a sapere di quanto si abbassa la corrente disponibile in uscita visto che non ho trovato un datasheet e già la misurazione ti ritorna 4.4V.....

[Sharktear]

Ciao e grazie per la risposta. Hai toccato proprio i punti caldi su cui avevo i maggiori sospetti... la corrente dello step-down e quella massima dell'attiny85.

E' SEMPRE sconsigliabile il pilotaggio degli avvolgimenti di un relè direttamente da un integrato principalmente per due ragioni:
1) Le sovracorrenti dei transitori dell'induttore possono danneggiare l'integrato (il classico diodo in antiparallelo, SEMPRE NECESSARIO, se non adeguatamente scelto potrebbe non essere sufficiente a proteggere la porta dell'IC).

Il diodo in antiparallelo alla bobina l'ho messo ed è un 1N4007 o 1N4000 se non ricordo male. Quale sarebbe il diodo più corretto (fast-switching)?

2) La corrente massima di output di un integrato non è garantita a meno di condizioni OTTIMALI di alimentazione dello stesso (tensione, corrente, dimensionamento e dislocamendo di capacità serbatoio e di disaccoppiamento, ecc.)

Come vedi appena rialzi i parametri di alimentazione tutto torna a funzionare.

In definitiva, pilotalo con un BJT e ricordati del diodo fast-switching in antiparallelo.

Questa secondo me è la causa più probabile, la bobina dovrebbe assorbire circa 30mA ma magari oltre a lei si somma anche qualche altra corrente ed al di sotto di una certa soglia del valore di alimentazione il chip non eroga più la corrente necessaria a commutare il relè.

Edit: tra l'altro lo vedi tu stesso dalle specifiche che intorno ai 4,3V quel regolatore già non ti fornisce più la corrente massima disponibile... vallo a sapere di quanto si abbassa la corrente disponibile in uscita visto che non ho trovato un datasheet e già la misurazione ti ritorna 4.4V.....

Non penso sia questo il problema, non sono sceso ancora sotto i 4,4 V e non penso che da 300mA possa scendere drasticamente sotto i 40 mA massimi richiesti dal mio circuito. Oltretutto, il modulo xBee che in ricezione assorbe 40mA, sta continuando a funzionare.

A questo punto l'unica cosa che posso fare è aggiungere il transistor di pilotaggio e sperare che il tutto mi garantisca un'autonomia della batteria sufficiente. Purtroppo l'unica soluzione con una capacità decente che ho trovato è la batteria da 4,5V che dovrebbe garantirmi a spanne almeno un centinaio di giorni di autonomia (per 12 ore al giorno di funzionamento del circuito).

[carloc]

...e i fusibili sono ok?

[Sharktear]

quali fusibili???

[carloc]

ehm quelli che configurano ad esempio clock e brownout (minima tensione di alimentazione) all'interno dell'ATtiny (vedi sezione 20.2 del datasheet)

[Shockwaver]

Non penso sia questo il problema, non sono sceso ancora sotto i 4,4 V e non penso che da 300mA possa scendere drasticamente sotto i 40 mA massimi richiesti dal mio circuito. Oltretutto, il modulo xBee che in ricezione assorbe 40mA, sta continuando a funzionare.

Il tuo circuito non assorbe MAX 40mA, a dir la verità non li assorbe neanche di minimo, visto le varie correnti di quiescenza...
Quando il tuo Attiny si risveglia non è più in modalità sleep: il relé lo attiva proprio lui.
Quindi hai modulo Xbee, Attiny, relè e quiescenze varie... se stai sotto 140mA devi essere grato..
Ora, vista la pericolosa vicinanza dei tuoi 4.4V di una BATTERIA al valore limite di un non ben documentato modulo di alimentazione, direi di prendere seriamente in considerazione anche lipotesi di cui ti parlavo

Il modulo Xbee continua a funzionare perché proprio il relé non si attiva più visto che l'Attiny non lo carica più... ricordi? Se cambi alimentazione funziona tutto.............

@carloc Per 15gg gli ha funzionato

[Shockwaver]

Purtroppo l'unica soluzione con una capacità decente che ho trovato è la batteria da 4,5 V che dovrebbe garantirmi a spanne almeno un centinaio di giorni di autonomia (per 12 ore al giorno di funzionamento del circuito).

Ma non scherzare! Se vuoi avere qualche speranza con quella cella devi usare un LDO serio! E con un relè di mezzo comincia pure a dimenticarti una simile durata... .
Più tardi ti posto un diodo switching, comunque se li cerchi su internet li trovi...