معرفی کلاهک UPS جدید Geekworm؛ پایداری انرژی رزبری پای ۵ با سوپرخازن‌های ۵ ولت ۵ آمپر

به نقل از CNX Software – Embedded Systems News

رونمایی از UPS Scap 5V5A؛ حاصل همکاری Geekworm و Mcuzone برای پایداری رزبری پای ۵

شرکت Geekworm با همکاری Mcuzone، محصول جدید و کاربردی کلاهک UPS جدید Geekworm با نام تجاری UPS Scap 5V5A را به بازار معرفی کرده است. این ماژول در واقع یک HAT مجهز به فناوری سوپرخازن (Supercapacitor) است که به‌طور اختصاصی برای رزبری پای ۵ طراحی شده است. برخلاف سیستم‌های UPS سنتی که برای تأمین برق طولانی‌مدت کاربرد دارند، این محصول برای فراهم‌کردن یک بازه زمانی کوتاه (چند ثانیه تا چند دقیقه) طراحی شده است؛ این زمان برای ذخیره‌سازی ایمن داده‌ها و اجرای یک Shutdown استاندارد کافی است و از آسیب دیدن سیستم‌عامل در اثر قطع ناگهانی برق جلوگیری می‌کند.

این HAT در سه مدل با ظرفیت‌های ۱۰۰ فاراد، ۶۰ فاراد و ۲۲ فاراد عرضه شده است و از یک تراشه PD داخلی بهره می‌برد. این تراشه با مدیریت هوشمند توان، خروجی پایدار 5V/5A را تضمین می‌کند. این قابلیت، علاوه بر اینکه انرژی مورد نیاز انواع رزبری پای را به‌طور کامل تأمین می‌کند، مانع از بروز هشدارهای آزاردهنده کاهش ولتاژ (Undervoltage) می‌شود که در منابع تغذیه غیربهینه رایج است.

از نظر طراحی و اتصالات، این ماژول از طریق پین‌های Pogo به رزبری پای ۵ متصل می‌شود تا به محض قطع جریان برق، وضعیت را تشخیص دهد. همچنین با پشتیبانی از پروتکل I2C، امکان مانیتورینگ لحظه‌ای ولتاژ و جریان فراهم شده است. یکی دیگر از ویژگی‌های کلیدی این محصول، انعطاف‌پذیری بالای آن در تأمین انرژی است؛ به لطف وجود دو ورودی توان مستقل، کاربران می‌توانند دستگاه را هم از طریق جک بشکه‌ای DC با ولتاژ گسترده و هم از طریق شارژرهای استاندارد USB-C PD تغذیه کنند.

مشخصات HAT یو‌پی‌اس سوپرخازنی Geekworm UPS Scap 5V5A

• سازگاری – Raspberry Pi 5 (سازگار با نسخه‌های قبلی Raspberry Pi 4B، 3B و Orange Pi از طریق خروجی استاندارد USB)
• گزینه‌های سوپرخازن – 100F، 60F، 22F
• ورودی توان
  • 9V–24V DC از طریق کانکتور بشکه‌ای 5.5 × 2.1 میلی‌متری
  • 12V از طریق ورودی USB Type-C PD
  • در هر لحظه فقط باید از یک ورودی شارژ (DC یا USB-C) استفاده شود
• خروجی توان
  • پورت USB Type-C با دست‌دهی (handshake) داخلی PD برای دور زدن هشدارهای محدودیت لوازم جانبی “کم‌مصرف”
  • پورت استاندارد USB Type-A
  • مجموع خروجی مشترک تا 5V / 5A در هر دو پورت
  • گزینه خروجی پین Pogo پر نشده (Unpopulated)
• حالت‌های عملکردی – پدهای لحیم‌کاری سخت‌افزاری برای سوئیچ بین:
  • حالت پایداری طولانی (Long-endurance Mode – نقطه لحیم L) با قطع ولتاژ در 1.6 ولت
  • حالت عملکرد بالا (Performance Mode – نقطه لحیم P) با قطع ولتاژ در 2.4 ولت
• متفرقه
  • سوئیچ اصلی توان خروجی
  • دکمه دشارژ سخت‌افزاری به همراه LED نشانگر دشارژ (برای تخلیه ایمن خازن)
  • نشانگرهای LED ظرفیت در 5 سطح و یک LED نشانگر توان اصلی
  • پین‌های I2C برای نظارت بر ولتاژ و جریان سوپرخازن بر پایه INA219
  • پین تشخیص قطع برق (GPIO26) برای سیگنال‌دهی در هنگام افت توان خارجی
  • پین بیدارباش/خواب (Wake-up/sleep) برای سیگنال‌دهی بازیابی توان
• ابعاد – 85 × 56 میلی‌متر

این HAT مجهز به سوپرخازن، امکان مدیریت نرم‌افزاری توان را از طریق درگاه‌های GPIO26 و پروتکل I2C فراهم می‌سازد. پایه GPIO26 وظیفه پایش وضعیت اتصال برق ورودی را بر عهده دارد و سنسور پایش توان INA219 نیز ولتاژ لحظه‌ای سوپرخازن‌ها و جریان شارژ و دشارژ را به‌صورت Real-time از طریق I2C به سیستم گزارش می‌دهد. سازنده اسکریپت‌های اولیه‌ای برای تشخیص قطعی برق، مانیتورینگ عملکرد، خاموشی خودکار و بازیابی سیستم پس از اتصال مجدد برق برای سیستم‌عامل‌های Raspberry Pi OS و اوبونتو توسعه داده است؛ هرچند پیشنهاد می‌شود پیش از پیاده‌سازی نهایی در محیط‌های بدون نظارت، این کدها متناسب با نیاز پروژه تست و بهینه‌سازی شوند. جزئیات بیشتر در صفحه ویکی (Wiki) رسمی این محصول در دسترس است.

برخلاف شیلدهای UPS متداول مبتنی بر باتری‌های لیتیوم-یون ۱۸۶۵۰ (نظیر مدل‌های SupTronics X1202 و X1208)، کلاهک UPS جدید Geekworm ذخیره‌سازی انرژی را بر پایه سوپرخازن‌ها انجام می‌دهد. نسخه ۱۰۰ فارادی این ماژول در حداکثر بار کاری (5V/5A) برقی در حدود ۹ ثانیه تأمین می‌کند، اما در حالت مصرف بهینه و جریان ۰.۵ آمپر (Long Endurance Mode) توانایی پایداری تا ۳.۵ دقیقه را دارد. این بازه زمانی برای عبور از نوسانات لحظه‌ای شبکه یا اجرای پروسه خاموشی امن و محافظت از کارت حافظه SD در برابر خرابی داده‌ها کاملاً ایده‌آل است. علاوه‌بر این، حذف باتری‌های شیمیایی مزایای ارزنده‌ای چون طول عمر فوق‌العاده با بیش از ۵۰۰,۰۰۰ چرخه شارژ، شارژ مجدد سریع در حدود ۱۵ دقیقه و برطرف شدن کامل ریسک‌های حرارتی، اشتعال و نشت اسید باتری را به همراه دارد.

هم‌اکنون کلاهک UPS جدید Geekworm برای رزبری پای ۵ در پلتفرم AliExpress با قیمت ۴۱ دلار (برای نسخه 100F) قابل عرضه است. علاوه بر این، مدل‌های مختلف این محصول با قیمت‌گذاری متفاوتی عرضه می‌شوند؛ به طوری که نسخه 22F با قیمت ۴۴.۹۰ دلار، مدل 60F با قیمت ۴۶.۹۰ دلار و نسخه 100F با برچسب قیمتی ۴۸.۹۰ دلار در دسترس کاربران قرار گرفته‌اند. همچنین پکیج ارسالی این محصول شامل ماژول اصلی UPS، پایه‌های نگهدارنده (Standoffs) و یک برد آداپتور U-شکل (USB-C-to-C) است که وظیفه هدایت و انتقال جریان به رزبری پای ۵ را بر عهده دارد.