Raspberry Pi のグレースフルシャットダウンとスリープモード：DIY 電源管理回路

Raspberry Pi はロボティクスに強力で汎用性の高いプラットフォームですが、ネイティブな電源ボタンがありません。Linux ベースのシステムとして、電源を切る前にグレースフルシャットダウンが必要です。そうしないと SD カードのファイルシステムが破損する可能性があり、私は何度もこの問題に遭遇しました。

このリスクを排除するため、Pi を安全にシャットダウンするだけでなく、ロボットを低消費電力スリープ状態にし、設定間隔後に自動的に復帰させるシンプルで低コストな回路を作りました。付加価値として、電流消費も測定可能です。Sleepy Pi などの市販キットもありますが、同じ機能を手に入りやすい部品で実現できます。

スリープモードが重要な理由

電池駆動のロボットではエネルギー効率が鍵です。アイドル時に自己シャットダウンして電力を節約し、内蔵アラームクロックで定期的に起動してタスクをチェックします。ロボットボートなら、風や帆で漂流しながらバッテリーを長持ちさせられます。

主要コンポーネント

Pololu プッシュボタン電源スイッチ SV
リレーなしで信頼性の高いオン/オフスイッチを提供。Off ピンで電子的にトリガー可能で、Pi やマイコンがシャットダウンを開始できます。最大 10 A まで対応し、Pi と周辺機器には十分です。
Pololu 5 V、9 A 降圧レギュレーター D24V90F5
12 V を Pi 用の 5 V に変換。レギュレーターの Enable ピンを Low に引くと電力を遮断。このピンは 12 V にプルアップされているため、Pi の 3.3 V ロジックとインターフェースするにはトランジスタまたは MOSFET が必要です。

動作原理

ロボットがアイドル状態になると、マイコン（または Pi 自身の GPIO）が Pololu スイッチの Off ピンを Low に駆動し、レギュレーターの Enable ピンを無効化して 5 V レールを遮断。このシーケンスにより、Pi がグレースフルシャットダウンコマンドを受けてから完全に電源が切れます。プリセット遅延後、マイコンが Enable ピンを High に戻し、電力を復旧して動作を再開します。

電力使用量を監視するには、シャント抵抗またはカレントセンス IC を 12 V 入力と直列に追加し、測定ピンをマイコンにフィードバックします。

完全な回路図と詳細な手順は、元の記事を参照してください：Raspberry Pi Shutdown Circuit with Sleep mode。

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