Arduino [Lityum-NiMH-NiCd] yordamida batareya quvvati tekshiruvchisi: 15 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:24

Xususiyatlari:

• Soxta lityum-ion/lityum-polimer/NiCd/NiMH batareyasini aniqlang
• Sozlanishi mumkin bo'lgan doimiy yuk (foydalanuvchi tomonidan o'zgartirilishi mumkin)
• Deyarli har qanday turdagi batareyaning hajmini o'lchash imkoniyati (5 V dan past)
• Lehimlash, qurish va ishlatish oson, hatto yangi boshlanuvchilar uchun ham (barcha komponentlar botiriladi)
• LCD foydalanuvchi interfeysi

Xususiyatlar:

• Kengash manbai: 7V dan 9Vgacha (Maks)
• Batareya quvvati: 0-5V (maksimal)-teskari kutupluluğu yo'q Ruxsat etilgan
• Joriy yuk: 37mA dan 540mAgacha (maksimal) - 16 qadam - foydalanuvchi tomonidan o'zgartirilishi mumkin

Batareyaning haqiqiy hajmini o'lchash ko'plab stsenariylar uchun zarurdir. Imkoniyatlarni o'lchash moslamasi soxta batareyalarni aniqlash muammosini ham hal qilishi mumkin. Hozirgi vaqtda lityum va NiMH soxta batareyalari hamma joyda mavjud bo'lib, ular e'lon qilingan quvvatga ega emas. Ba'zida haqiqiy va soxta batareyani farqlash qiyin. Bu muammo zaxira batareyalar bozorida mavjud, masalan, uyali telefon batareyalari. Bundan tashqari, ko'p hollarda, ikkinchi qo'l batareyaning (masalan, noutbuk batareyasi) sig'imini aniqlash kerak. Ushbu maqolada biz mashhur Arduino-Nano taxtasi yordamida batareya quvvatini o'lchash sxemasini yaratishni o'rganamiz. Men komponentlar uchun tenglikni kartasini ishlab chiqdim. Shunday qilib, hatto yangi boshlanuvchilar ham qurilmani lehimlashi va ishlatishi mumkin.

1: O'chirish tahlili 1 -rasmda qurilmaning sxematik diagrammasi ko'rsatilgan. Devrenning yadrosi Arduino-Nano kartasi.

1 -qadam: 1 -rasm, Batareya quvvatini o'lchash moslamasining sxematik diagrammasi

IC1 - bu ikkita operatsion kuchaytirgichni o'z ichiga olgan LM358 [1] chipi. R5 va C7 PWM pulsini shahar kuchlanishiga aylantiradigan past o'tkazgichli filtr quradi. PWM chastotasi 500 Gts atrofida. Men Siglent SDS1104X-E osiloskopidan foydalanib, PWM va filtrning xatti-harakatlarini tekshirdim. Men CH1ni PWM chiqishiga (Arduino-D10) va CH2 ni filtr chiqishiga uladim (2-rasm). Siz hatto SDS1104X-E-ning yoqimli xususiyatlaridan biri bo'lgan filtrning chastotali javobini va uning kesish chastotasini "amalda" bode chizig'i bo'yicha tekshirishingiz mumkin.

2-qadam: 2-rasm, PWM signali (CH1: 2V/div) va R5-C7 RC filtridan o'tganidan keyingi natija (CH2: 50mV/div)

R5 - bu oqimni sezilarli darajada cheklaydigan 1M rezistor, lekin filtrning chiqishi kuchlanish kuzatuvchisi konfiguratsiyasida opamp (IC1 ning ikkinchi opampi) orqali o'tadi. IC1, R7 va Q2 ning birinchi opampi doimiy oqim yuklanishini hosil qiladi. Hozircha biz PWM tomonidan boshqariladigan doimiy oqim yukini qurdik.

2*16 LCD displeyi foydalanuvchi interfeysi sifatida ishlatiladi, bu boshqaruv/sozlashni osonlashtiradi. R4 potentsiometr LCD kontrastini o'rnatadi. R6 orqa yorug'lik oqimini cheklaydi. P2 - bu 5V signalli signalni ulash uchun ishlatiladigan 2 pinli Molex ulagichi. R1 va R2-sensorli kalitlar uchun tortiladigan qarshilik. C3 va C4 tugmachalarini o'chirish uchun ishlatiladi. C1 va C1 kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanishni filtrlash uchun ishlatiladi. C5 va C6 ADC konvertatsiya ishlashini pasaytirmaslik uchun doimiy oqim yuklanishining shovqinlarini filtrlash uchun ishlatiladi. R7 Q2 MOSFET uchun yuk vazifasini bajaradi.

1-1: Doimiy oqimning doimiy oqimi nima?

Ruxsat etilgan oqim yuki - bu har doim ham doimiy oqim miqdorini tortadigan, hatto kiruvchi kirish voltaji o'zgarib tursa ham. Misol uchun, agar biz doimiy oqim yukini quvvat manbaiga ulasak va tokni 250mA ga o'rnatsak, kirish voltaji 5V yoki 12V yoki boshqa bo'lsa ham, oqim chizig'i o'zgarmaydi. Doimiy oqim yuklanishining bu xususiyati bizga batareya quvvatini o'lchash moslamasini yaratishga imkon beradi. Agar biz batareyaning quvvatini o'lchash uchun yuk sifatida oddiy rezistordan foydalansak, batareya zo'riqishining pasayishi natijasida oqim ham kamayadi, bu esa hisob -kitoblarni murakkab va noaniq qiladi.

2: tenglikni kartasi

3 -rasmda sxemaning PCB sxemasi ko'rsatilgan. Kengashning ikkala tomoni komponentlarni o'rnatish uchun ishlatiladi. Men sxematik/tenglikni loyihalashni rejalashtirganimda, men har doim SamacSys komponentlar kutubxonasidan foydalanaman, chunki bu kutubxonalar IPC sanoat standartlariga mos keladi va hamma bepul. Men bu kutubxonalarni IC1 [2], Q2 [3] uchun ishlatardim va hatto Arduino-Nano (AR1) [4] kutubxonasini ham topa oldim, bu dizayn vaqtidan ancha tejab qoldi. Men Altium Designer CAD dasturidan foydalanaman, shuning uchun komponentlar kutubxonasini o'rnatish uchun Altium plaginidan foydalandim [5]. 4 -rasmda tanlangan komponentlar ko'rsatilgan.

3 -qadam: 3 -rasm, batareya quvvatini o'lchash sxemasining tenglikni platasi

Men sxematik/tenglikni loyihalashni rejalashtirganimda, men har doim SamacSys komponentlar kutubxonasidan foydalanaman, chunki bu kutubxonalar IPC sanoat standartlariga mos keladi va hamma bepul. Men bu kutubxonalarni IC1 [2], Q2 [3] uchun ishlatardim va hatto Arduino-Nano (AR1) [4] kutubxonasini ham topa oldim, bu dizayn vaqtidan ancha tejab qoldi. Men Altium Designer CAD dasturidan foydalanaman, shuning uchun komponentlar kutubxonasini o'rnatish uchun Altium plaginidan foydalandim [5]. 4 -rasmda tanlangan komponentlar ko'rsatilgan.

4 -qadam: 4 -rasm, SamacSys Altium plaginidan o'rnatilgan komponentlar

PCB kartasi 2*16 o'lchamli LCD-dan bir oz kattaroq bo'lib, uchta tegish tugmachasiga mos keladi. 5, 6 va 7 -rasmlarda taxtaning 3D ko'rinishi ko'rsatilgan.

5 -qadam: 5 -rasm: O'rnatilgan PCB kartasining 3D ko'rinishi (TOP), 6 -rasm: O'rnatilgan PCB kartasining 3D ko'rinishi (yon), 7 -rasm: O'rnatilgan PCB kartasining 3D ko'rinishi (pastda)

3: O'rnatish va TestI tezkor prototipni yaratish va sxemani sinab ko'rish uchun yarim uy qurilishi PCB kartasidan foydalangan. 8 -rasmda taxtaning rasmi ko'rsatilgan. Siz menga ergashishingiz shart emas, faqat tenglikni professional ishlab chiqarish kompaniyasiga buyurtma qiling va qurilmani yarating. R4 uchun panel kontrastini taxtaning yon tomonidan sozlash imkonini beradigan turg'un potansiyometr turini ishlatish kerak.

6-qadam: 8-rasm: Yarim uy qurilishi PCB kartasida birinchi prototipning surati

Komponentlarni lehimlash va sinov shartlarini tayyorlashdan so'ng, biz o'z davrimizni sinab ko'rishga tayyormiz. MOSFET (Q2) ga katta sovutgich o'rnatishni unutmang. Men R7 ni 3 ohmli qarshilik sifatida tanladim. Bu bizga 750 mA gacha doimiy oqimlarni ishlab chiqarishga imkon beradi, lekin kodda men maksimal oqimni 500 mA atrofida o'rnatdim, bu bizning maqsadimiz uchun etarli. Rezistor qiymatini pasaytirish (masalan, 1,5 ohmgacha) yuqori oqimlarni keltirib chiqarishi mumkin, ammo siz kuchliroq rezistordan foydalanishingiz va Arduino kodini o'zgartirishingiz kerak. 9 -rasmda taxta va uning tashqi simlari ko'rsatilgan.

7 -qadam: 9 -rasm: Batareya quvvatini o'lchash moslamasining simlari

Quvvat manbasiga 7V dan 9V gacha bo'lgan kuchlanishni tayyorlang. Men +5V temir yo'lini ishlab chiqarish uchun Arduino platasining regulyatoridan foydalandim. Shuning uchun, hech qachon 9V dan yuqori kuchlanishni besleme kirishiga qo'ymang, aks holda siz regulyator chipiga zarar etkazishingiz mumkin. Kengash quvvatlanadi va siz LCD displeyda 10-rasmga o'xshash matnni ko'rishingiz kerak. Agar siz 2*16 LCD ko'k yoritgichdan foydalansangiz, zanjir 75 mA atrofida iste'mol qiladi.

8-qadam: 10-rasm: LCD-da to'g'ri o'chirilgan quvvat ko'rsatkichi

Taxminan 3 soniyadan so'ng, matn o'chiriladi va keyingi ekranda siz doimiy oqim qiymatini yuqoriga/pastga tugmalari yordamida sozlashingiz mumkin (11 -rasm).

9-qadam: 11-rasm: Yuk ko'tarish/tushirish tugmachalari yordamida doimiy oqim yukini sozlash

Batareyani qurilmaga ulashdan va uning quvvatini o'lchashdan oldin, siz quvvat manbai yordamida kontaktlarning zanglashini tekshirishingiz mumkin. Buning uchun siz P3 ulagichini quvvat manbaiga ulashingiz kerak.

Muhim: Hech qachon batareyaning kirish qismiga 5V dan yuqori yoki teskari polaritda hech qanday kuchlanishni qo'ymang, aks holda siz Arduino raqamli konvertor piniga abadiy zarar etkazasiz

O'zingiz xohlagan oqim chegarasini o'rnating (masalan, 100mA) va quvvat manbai voltaji bilan o'ynang (5V dan pastda qoling). Har qanday kirish voltajida ko'rib turganingizdek, oqim oqimi o'zgarishsiz qoladi. Bu biz xohlagan narsadir! (12 -rasm).

10 -qadam: 12 -rasm: Hozirgi oqim voltaj o'zgarishi oldida ham o'zgarmaydi (4.3V va 2.4V kirishlar bilan sinovdan o'tgan)

Uchinchi tugma-bu Reset. Bu shuni anglatadiki, u faqat taxtani qayta ishga tushiradi. Boshqa moyni sinash uchun protsedurani qayta boshlashni rejalashtirganingizda foydalidir.

Yaxshiyamki, endi sizning qurilmangiz benuqson ishlaydi. Siz quvvat manbaini uzib, batareyani batareyaning kirishiga ulashingiz va kerakli oqim chegarasini o'rnatishingiz mumkin.

O'z testimni boshlash uchun men 8, 800mA lityum-ionli yangi batareyani tanladim (13-rasm). Bu fantastik stavkaga o'xshaydi, to'g'rimi ?! Lekin men bunga qaysidir ma'noda ishonmayman:-), shuning uchun buni sinab ko'raylik.

11-qadam: 13-rasm: 8, 800mA nominal lityum-ionli batareya, haqiqiymi yoki soxta ?

Lityum batareyani taxtaga ulashdan oldin biz uni zaryadlashimiz kerak, shuning uchun quvvat manbai bilan 4,20V (500mA CC chegarasi yoki undan pastroq) quvvatini tayyorlang (masalan, oldingi maqoladagi o'zgaruvchan quvvat manbai yordamida) va zaryadlang. batareya oqim oqimi past darajaga yetguncha. Noma'lum batareyani yuqori oqim bilan zaryad qilmang, chunki biz uning haqiqiy quvvatiga ishonchimiz komil emas! Yuqori zaryadlovchi oqimlari batareyani portlatib yuborishi mumkin! Ehtiyot bo'ling. Natijada men ushbu protseduraga amal qildim va 8, 800mA akkumulyatorimiz quvvatni o'lchashga tayyor.

Men batareyani taxtaga ulash uchun batareya ushlagichidan foydalandim. Qalin va qisqa simlardan foydalanganingizga ishonch hosil qiling, chunki ular past qarshilikka olib keladi, chunki simlarning quvvatsizlanishi kuchlanish pasayishiga va noaniqlikka olib keladi.

Keling, oqimni 500mA ga o'rnatamiz va "UP" tugmachasini uzoq bosib turamiz. Keyin siz ovozli signalni eshitishingiz kerak va protsedura boshlanadi (14 -rasm). Men kesish voltajini (batareyaning past chegarasi) 3,2V ga o'rnatdim. Agar xohlasangiz, ushbu chegarani kodda o'zgartirishingiz mumkin.

12 -qadam: 14 -rasm: Batareya quvvatini hisoblash tartibi

Asosan, biz batareyaning "umrini" hisoblashimiz kerak, uning voltaji past darajadagi chegaraga yetguncha. 15 -rasmda qurilma doimiy yukni batareyadan (3.2V) uzib, hisob -kitoblar qilingan vaqt ko'rsatilgan. Qurilma, shuningdek, protsedura tugaganligini bildirish uchun ikkita uzun signal beradi. LCD displeyda ko'rib turganingizdek, haqiqiy batareya quvvati 1,190 mA / soatni tashkil etadi, bu da'vo qilingan quvvatdan ancha uzoqda! Har qanday batareyani sinab ko'rish uchun xuddi shu tartibni bajarishingiz mumkin (5V dan past).

13-qadam: 15-rasm: 8.800mA nominal lityum-ionli batareyaning haqiqiy hisoblangan quvvati

16 -rasmda ushbu sxemaning materiallari ko'rsatilgan.

14 -qadam: 16 -rasm: Materiallar hisobi

15 -qadam: Adabiyotlar

Maqola manbasi:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: