Mikrokontrollerga asoslangan aqlli batareya zaryadlovchi: 9 qadam (rasmlar bilan)

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:28

Siz ko'rmoqchi bo'lgan elektron zaryadlovchi ATMEGA8A ga asoslangan avtomatik zaryadlovchidir, har xil zaryad holatida LCD orqali har xil parametrlar ko'rsatiladi, zaryad tugagandan so'ng zanjir orqali ovoz chiqariladi.

Men zaryadlovchini asosan 11.1v/4400mA Li-ion batareyasini zaryad qilish uchun qurganman, dasturiy ta'minot asosan ushbu batareyaning turini zaryad qilish uchun yozilgan, boshqa turdagi batareyalarni zaryad qilish uchun o'z ehtiyojlaringizni qondirish uchun o'z zaryadlash protokolini yuklashingiz mumkin.

Ma'lumki, aqlli batareya zaryadlovchi qurilmalari bozorlarda mavjud. Lekin elektron ixlosmand sifatida men har doim o'zimning statik/o'zgarmaydigan funktsiyalarni sotib olishdan ko'ra o'zimni qurishni afzal ko'raman. kelajakda yangilang, shuning uchun men bu haqda bo'sh joy qoldirdim.

Men avvalgi 11.1v/2200mAh Li-ion batareyasini sotib olganimda, Internetda aqlli boshqariladigan DIY batareyali zaryadlovchilarni izladim, lekin juda cheklangan resurslarni topdim, shuning uchun men LM317 asosida batareya zaryadlovchisini yasadim va u ishladi Men uchun juda yaxshi, lekin mening oldingi batareyam vaqt o'tishi bilan (hech qanday sababsiz), men 11.1v/4400mAh bo'lgan boshqa Li-ion batareyasini sotib oldim, lekin bu safar yangi batareyani zaryad qilish uchun oldingi sozlamalar etarli emas edi. talabga binoan, men tarmoqda o'qidim va o'zimning aqlli zaryadlovchimni loyihalashga muvaffaq bo'ldim.

Men buni baham ko'raman, chunki menimcha, ko'plab elektromagnitlar va mikrokontrolderlar ustida ishlashga ishtiyoqmand, shuningdek o'z aqlli zaryadlovchisini ishlab chiqarishga qiziqadigan ko'plab havaskorlar/ixlosmandlar bor.

Keling, Li-ion batareyasini qanday zaryad qilishni ko'rib chiqaylik.

1-qadam: Li-ion batareyasini zaryadlash protokoli

Li-ion batareyasini zaryad qilish uchun ma'lum shartlar bajarilishi kerak, agar biz shartlarga rioya qilmasak, batareya zaryadsizlanadi yoki ular yonib ketadi (agar zaryadlangan bo'lsa) yoki doimiy shikastlanadi.

Har xil turdagi batareyalar haqida zarur bo'lgan hamma narsani bilish uchun juda yaxshi veb -sayt bor va, albatta, siz batareyalar bilan ishlashni yaxshi bilsangiz, veb -sayt nomini bilasiz … Ha, men batteryuniversity.com haqida gapirayapman.

Li-ion batareyasini zaryad qilish uchun kerakli ma'lumotlarni bilish uchun havola.

Agar siz barcha nazariyalarni o'qishga dangasa bo'lsangiz, unda mazmun quyidagicha.

1. 3.7v Li-ion batareyasining to'liq zaryadlanishi 4.2v, bizning holatimizda 11.1v Li-ion batareyasi 3x 3.7v batareyani bildiradi, to'liq zaryadlash uchun batareya 12.6V ga yetishi kerak, lekin xavfsizlik nuqtai nazaridan biz uni 12,5 voltgacha zaryad qiladi.

2. Batareya to'liq zaryad olgunga qadar, zaryadlovchidan olingan batareya nominal batareyaning 3 foizigacha tushadi, masalan, mening uyali telefonim batareyasining hajmi 4400 mah. Shunday qilib, batareya to'liq zaryad olgandan so'ng, batareya quvvati 4400ma-dan 3% -5% gacha, ya'ni 132 dan 220magacha yetadi. Zaryadni xavfsiz to'xtatish uchun zaryadlash to'xtatilgan oqim pastga tushganda to'xtaydi. 190ma (nominal quvvatning deyarli 4%).

3. Umumiy zaryadlash jarayoni ikkita asosiy qismga bo'linadi: 1-doimiy oqim (CC rejimi), 2-doimiy voltaj (CV rejimi). to'liq zaryadlanganligi haqida ogohlantiradi va foydalanuvchini ogohlantiradi, keyin batareyani zaryadlovchidan uzib qo'yish kerak)

CC rejimi -

CC rejimida zaryadlovchi batareyani 0,5c yoki 1c zaryadlash tezligi bilan zaryad qiladi. Endi 0,5c/1c nima? ??? 2200ma bo'ladi va 1c 4400ma zaryad oqimi bo'ladi. 'c' zaryad/tushirish tezligini bildiradi. Ba'zi batareyalar 2c ni qo'llab -quvvatlaydi, ya'ni CC rejimida, siz zaryad oqimini 2xat batareya quvvatigacha sozlashingiz mumkin, lekin bu aqldan ozgan !!!!!

Lekin xavfsiz bo'lish uchun men 4400mAh quvvatli batareya uchun 1000ma zaryad oqimini tanlayman, ya`ni 0,22. Ushbu rejimda zaryadlovchi batareya zaryadlanish kuchlanishidan mustaqil ravishda oqimini kuzatadi. /batareya zaryadi 12,4v ga yetguncha chiqish voltajini pasaytirish.

CV rejimi -

Batareya zo'riqishida 12,4 V ga yetganda, zaryadlovchi 12,6 voltni (batareya tomonidan chiqarilgan oqimdan mustaqil ravishda) ushlab turadi, endi zaryadlovchi zaryad aylanishini ikki narsaga qarab to'xtatadi. va shuningdek, agar zaryad oqimi 190ma dan pastroq bo'lsa (yuqorida aytib o'tilganidek, nominal akkumulyator hajmining 4%), zaryad aylanishi to'xtatiladi va ovozli signal eshitiladi.

2 -qadam: Sxema va tushuntirish

Keling, sxemaning ishlashini ko'rib chiqaylik. Sxema BIN.pdf faylida pdf formatida biriktirilgan.

Kirish zo'riqishida 19/20 v bo'lishi mumkin, men 19v olish uchun eski noutbuk zaryadlovchisini ishlatganman.

J1 - bu kontaktlarning zanglashiga olib kirish manbaiga ulanish uchun terminal ulagichi. Q1, D2, L1, C9 bukka konvertorini hosil qilyapti. Bu nima? ??? Agar siz konvertor haqida ko'proq bilishni istasangiz, u holda bu sahifaga tashrif buyuring, lekin ochig'ini aytganda, ular nazariyadan mutlaqo farq qiladi. L1 ning to'g'ri qiymatlarini baholash uchun. C9 mening talablarim uchun 3 kun sinov va xatoga yo'l qo'ydi, agar siz turli xil batareyalarni zaryad qilmoqchi bo'lsangiz, bu qiymatlar o'zgarishi mumkin.

Q2 - quvvat mosfetasi uchun haydovchi tranzistor Q1. R1 - Q1 uchun noaniq qarshilik, biz chiqish voltajini nazorat qilish uchun Q2 bazasida pwm signalini beramiz. C13 - ajratuvchi qopqoq.

Endi chiqish Q3 ga uzatiladi. "Bu erda Q3 ning nima keragi bor?" Degan savolni berish mumkin. Javob juda oddiy, u oddiy kalit kabi ishlaydi. Qachonki biz batareyaning kuchlanishini o'lchaymiz., biz zaryadlanish kuchlanishini konvertordan ajratish uchun Q3ni o'chirib qo'yamiz, Q4 - qarshilik R3 qarshiligi bilan Q3 uchun haydovchi.

E'tibor bering, yo'lda D1 diodi bor. Diod bu yo'lda nima qilyapti? Bu javob ham juda oddiy. Batareya chiqishda ulangan bo'lsa, kontaktlarning zanglashidan uzilib qolganda teskari yo'lda MOSFET Q3 va Q1 korpusining diodlari orqali oqadi, shuning uchun U1 va U2 akkumulyator zo'riqishini o'z kirishiga oladi va kontaktlarning zanglashiga olib keladi, buning oldini olish uchun D1 ishlatiladi.

Keyin D1 chiqishi joriy sensori kirishiga (IP+) uzatiladi, bu half ta'sirli tayanch oqim sensori, ya'ni oqim sezgich qismi va chiqish qismi izolyatsiya qilingan, keyin sensor sensori chiqishi (IP-) Batareya. Bu erda R5, RV1, R6 batareyaning kuchlanishini/chiqish voltajini o'lchash uchun kuchlanish bo'luvchi sxemasini hosil qilmoqda.

Batareya zo'riqishini va oqimini o'lchash uchun bu erda atmega8 ning ADC ishlatiladi. ADC maksimal 5v ni o'lchashi mumkin, lekin biz maksimal 20vni o'lchaymiz (bir necha bo'sh joy bilan).: 1 voltli bo'luvchi ishlatiladi, qozon (RV1) nozik sozlash/kalibrlash uchun ishlatiladi, keyinroq muhokama qilaman. C6 - qopqoqni ajratish.

ACS714 oqim sensori chiqishi ham atmega8 ning ADC0 piniga uzatiladi, bu ACS714 sensori orqali biz oqimni o'lchaymiz. Menda 5A versiyali pololudan ishlangan taxta bor va u juda zo'r ishlaydi. Men bu haqda keyingi bosqichda gaplashaman. oqimni qanday o'lchash kerak.

LCD oddiy 16x2 lcd, bu erda ishlatiladigan LCD 4 bitli rejimda sozlangan, chunki atmega8 ning pin soni cheklangan.

Atmega8 16 MGts chastotali tashqi kristalli X1 bilan ikkita ajratuvchi qopqoqli C10/11. Atmega8 ning ADC birligi 10uH induktor orqali Avcc pimi orqali quvvatlanadi. PCB -ni ishlab chiqarishda Avcc va Aref -ga iloji boricha yaqinroq. Agnd pimi kontaktlarning zanglashiga olib kelmasligiga e'tibor bering. Agnd pimi erga ulanadi.

Men atmega8 ADC -ni tashqi Vref -dan foydalanishga sozladim, ya'ni biz Aref pimi orqali mos yozuvlar kuchlanishini ta'minlaymiz, buning asosiy sababi o'qishning maksimal aniqligiga erishishdir. Ichki 2.56v mos yozuvlar kuchlanishi avrlarda unchalik katta emas. 7805 (U2) faqat ACS714 sensori va atmega8 ning Aref pinini etkazib beradi, bu optimal aniqlikni saqlash uchun. u orqali hech qanday oqim oqimi yo'q, lekin aytaylik, agar ACS714 -ning besleme zo'riqishi pasaytirilsa (masalan, 4.7v), unda hech qanday chiqish voltaji (2.5v) pasaymaydi va u noto'g'ri/noto'g'ri oqim o'qishini keltirib chiqaradi. Shuningdek, biz Vrefga nisbatan kuchlanishni o'lchayotgan bo'lsak, Arefdagi mos yozuvlar kuchlanishi xatosiz va barqaror bo'lishi kerak, shuning uchun bizga barqaror 5v kerak.

Agar biz ACS714 & Arefni Ume1 va Atmega8 va LCD -ni ta'minlaydigan U1 -dan quvvat oladigan bo'lsak, U1 chiqishida substanial kuchlanish pasayishi bo'ladi va amper va kuchlanish ko'rsatkichlari xato bo'ladi. faqat Aref va ACS714 ga barqaror 5V etkazib berish orqali.

Kuchlanish ko'rsatkichini sozlash uchun S1 tugmasi bosiladi, kelajakda foydalanish uchun S2 saqlanadi, siz xohlaganingizcha bu tugmani qo'shishingiz yoki qo'shmasligingiz mumkin.

3 -qadam: Ishlash …

Quvvat olgandan so'ng, atmega8 Q2 bazasida 25% pwm ishlab chiqarishni ta'minlab, kon konvertorini yoqadi, o'z navbatida Q2 Q1 ni boshqaradi va buck konvertori ishga tushadi. Atmega8 batareya zo'riqishini rezistor ajratgich orqali o'qiydi, agar batareya ulanmagan bo'lsa, atmega8 16x2 lcd orqali "batareyani joylashtiring" xabarini ko'rsatadi va batareyani kutadi. Agar kuchlanish 9v dan past bo'lsa, atmega8 16x2 lcd -da "noto'g'ri batareya" ni ko'rsatadi.

Agar 9v dan yuqori batareya topilsa, zaryadlovchi birinchi navbatda CC rejimiga o'tadi va Q3 zaryadlovchi moslamasini yoqadi. Zaryadlovchi rejimi (CC) darhol ko'rsatiladi. mega8 zudlik bilan CC rejimidan chiqib ketadi va CV rejimiga o'tadi, agar batareya quvvati 12,4v dan past bo'lsa, mega8 pwm ishchi davrining o'zgarishi bilan kon konvertorining chiqish kuchlanishini oshirish/kamaytirish orqali 1A zaryad oqimini saqlaydi. Zaryad oqimi ACS714 oqimi sensori tomonidan o'qiladi, chiqish voltaji, zaryad oqimi, PWM ish aylanishi vaqti -vaqti bilan LCD displeyda yangilanadi.

Batareya quvvati har 500ms oralig'idan keyin Q3 o'chirilishi bilan tekshiriladi, batareya zo'riqishi darhol LCDga yangilanadi.

Agar zaryad olayotganda batareya zo'riqishi 12,4 voltdan oshsa, mega8 CC rejimidan chiqadi va CV rejimiga o'tadi, rejim holati darhol LCDga yangilanadi.

Keyin mega8 12,6 voltlik chiqish voltajini ushlab turadi, bu erda ishning aylanish davrini o'zgartirib, batareya zo'riqishi har 1 soniyadan keyin tekshiriladi, batareya zo'riqishi 12,5 V dan oshishi bilan u tekshiriladi. Agar tortishish oqimi 190ma dan past bo'lsa, ikkala shart ham bajarilsa, zaryad davri 3 -chorakni butunlay o'chirish bilan to'xtatiladi va Q5 -ni yoqish bilan signal eshitiladi.

4 -qadam: Kerakli qismlar

Loyihani bajarish uchun zarur bo'lgan qismlar quyida keltirilgan. Iltimos, pinout uchun ma'lumotlar varaqlariga qarang.

1) ATMEGA8A x 1. (ma'lumotlar jadvali)

2) Pololu x 1 -dan ACS714 5A oqim sensori (men Pololu -dan sensorni ishlatishni qat'iy tavsiya qilaman, chunki ular men ishlatgan boshqa sensorlar orasida eng aniqdir. Siz uni bu erda topishingiz mumkin). Pinout tasvirda tasvirlangan.

3) IRF9540 x 2. (ma'lumotlar jadvali)

4) 7805 x 2 (Toshiba originalpare -dan tavsiya etiladi, chunki ular 5V eng barqaror chiqishini beradi). (Ma'lumotlar jadvali)

5) 2n3904 x 3. (ma'lumotlar jadvali)

6) 1n5820 schottky x 2. (ma'lumotlar jadvali)

7) 16x2 LCD x 1. (ma'lumotlar jadvali)

8) 330uH/2A quvvat indüktori x 1 (coilmasterdan tavsiya qilingan)

9) 10uH induktor x 1 (kichik)

10) Rezistorlar -(Barcha rezistorlar 1% MFR turi)

150R x 3

680R x 2

1k x 1

2k2 x 1

10k x 2

22k x 1

5k pot x 2 (kompyuterga o'rnatish turi)

11) kondansatkichlar

Eslatma: Men C4 -ni ishlatmadim, agar siz noutbukning quvvat manbai/19v quvvat manbai sifatida tartibga solinadigan quvvat manbasidan foydalanayotgan bo'lsangiz, uni ishlatishning hojati yo'q.

100f/25v x 3

470uF/25v x 1

1000uF/25v x 1

100n x 8

22p x 2

12) PCB -ga o'rnatiladigan lahzali bosish tugmasi x 2

13) 20v Buzzer x 1

14) 2 pinli terminal bloki ulagichi x 2

15) Shkaf (men shunday kabinet ishlatardim.) Siz xohlagan narsani ishlatishingiz mumkin.

16) 19v noutbukning quvvat manbai (men noutbukning quvvat manbaini o'zgartirdim, xohlaganingizcha har qanday quvvat manbasidan foydalanishingiz mumkin. Agar siz uni qurmoqchi bo'lsangiz, mening ko'rsatmalarni o'qing.)

17) U1 va Q1 uchun o'rta o'lchamli issiqlik qabul qilgich. Siz bu turni ishlatishingiz mumkin. Yoki siz mening elektron rasmlarimga murojaat qilishingiz mumkin.

18) Banana ulagichi - Ayol (Qora va Qizil) x 1 + Erkak (Qora va Qizil) (ulagichga bo'lgan ehtiyojingizga qarab)

5 -qadam: Hisoblash vaqti …

Voltaj o'lchovini hisoblash:

Maksimal kuchlanish, biz atmega8 adc yordamida o'lchaymiz 20v, lekin atmega8 ning adc maksimal 5v ni o'lchashi mumkin, shuning uchun 5v oralig'ida 20v qilish uchun 4: 1 kuchlanish bo'luvchi ishlatiladi (20v/4 = 5v sifatida). Shunday qilib, biz buni ikkita rezistor yordamida amalga oshirishimiz mumkin edi, lekin bizning holatlarimizda, men ikkita qattiq rezistor orasiga qozon qo'shdim, shunda biz potni aylantirish orqali aniqlikni qo'lda sozlashimiz mumkin. 0v dan 5v gacha 0 dan 1023 gacha kasr raqamlari yoki 00h dan 3FFh gacha. ('h' oltilik sonlarni bildiradi). Ma'lumotnoma 5v ga Aref pimi orqali tashqaridan o'rnatiladi.

Shunday qilib, o'lchangan kuchlanish = (adc o'qish) x (Vref = 5v) x (qarshilik bo'luvchi omil, bu holda 4) / (maksimal adc o'qish, ya'ni 10bit adc uchun 1023).

Faraz qilaylik, biz 512 raqamli o'qiymiz, keyin o'lchangan kuchlanish -

(512 x 5 x 4) / 1023 = 10v

Joriy o'lchovni hisoblash:

ACS714 chiqish pinida 2,5V barqaror chiqishni beradi, qachonki IP+ dan IP-ga hech qanday oqim oqmasa, u 2,5v dan 185mv/A beradi, ya'ni 3A tok zanjir orqali o'tayotgan bo'lsa, acs714 beradi. 2,5v+(0,185 x 3) v = 3,055v, chiqish pinida.

Shunday qilib, joriy o'lchash formulasi quyidagicha:

O'lchangan oqim = (((adc o'qish)*(Vref = 5v)/1023) -2.5) /0.185.

masalan, adc ko'rsatkichi 700, keyin o'lchangan oqim - (((700 x 5)/1023) - 2,5) /0,185 = 4,98A bo'ladi.

6 -qadam: dasturiy ta'minot

Dastur Winavr -da GCC yordamida kodlangan. Men kodni modullashtirdim, ya'ni adc kutubxonasi, LCD kutubxonasi va boshqalar kabi turli kutubxonalar yaratdim. 16x2 lcd -ni haydash funktsiyalari. Bundan tashqari, lcd_updated _library.c dan foydalanishingiz mumkin, chunki bu kutubxonada lcd -ni ishga tushirish tartibi o'zgartiriladi, agar siz yangilangan kutubxonadan foydalanmoqchi bo'lsangiz, uni lcd.c bilan o'zgartiring.

Main.c fayli asosiy funktsiyalarni o'z ichiga oladi. Li-ion uchun zaryadlash protokoli bu erda yozilgan. Iltimos, main.c-dagi ref_voltni aniq multimetr bilan U2 (7805) chiqishini o'lchash orqali aniq o'qishni olish uchun aniqlang. unga asoslangan.

Boshni chetlab o'tish uchun.hex faylini to'g'ridan -to'g'ri mega8 -ga yozishingiz mumkin.

Boshqa zaryadlash protokoli yozmoqchi bo'lganlar uchun, men har bir satr bajarilishi uchun nima bo'layotganini hatto bola ham tushunishi mumkin bo'lgan etarli sharhlar yozdim, faqat siz batareyaning har xil turiga o'z protokolingizni yozishingiz kerak. har xil kuchlanishli ionlar uchun siz faqat parametrlarni o'zgartirishingiz kerak.

Agar siz bu sizning birinchi loyihangiz bo'lsa yoki siz mikrokontroller/elektrotexnika uchun yangi bo'lsangiz, ushbu sxemani qurmaslikni qat'iy tavsiya qilaman.

Men har bir faylni asl formatida yukladim, chunki Makefile bundan mustasno, chunki u muammoni ochadi, men uni.txt formatida yukladim, faqat kontentni nusxa ko'chiring va yangi Makefile -ga joylashtiring va butun loyihani yarating..xeksli faylni yozishga tayyorsiz.

7 -qadam: nazariya etarli ….. Buld

Mana, mening prototipimning rasmlari: taxtadan tortib to pcb -ga qadar. Qo'shimcha ma'lumot olish uchun rasmlarning eslatmalaridan o'ting. Rasmlar boshidan oxirigacha ketma -ket joylashtirilgan.

8 -qadam: Birinchi zaryadlash davridan oldin ……. Kalibratsiya qiling !!!

Batareyani zaryadlovchi yordamida zaryad qilishdan oldin, siz avval kalibrlashingiz kerak, aks holda u batareyani zaryad qila olmaydi.

Kalibrlashning ikki turi mavjud 1) Voltajni kalibrlash. 2) Joriy kalibrlash. Kalibrlash uchun qadamlar quyidagicha.

Birinchidan, U2 chiqish voltajini o'lchang, keyin uni main.c da ref_volt sifatida belgilang, meniki 5.01 edi. O'z o'lchovingizga ko'ra o'zgartiring, bu kuchlanish va oqimni kalibrlash uchun asosiy qadamdir. Hozirgi kalibrlash uchun hech narsa yo'q. Boshqa hamma narsa dasturiy ta'minot tomonidan hal qilinadi

Endi main.c da ref voltni aniqlagandan so'ng, olti burchakli faylni yoqib yuborganingizdek, qurilmaning quvvatini o'ldiring.

Endi multimetr yordamida zaryad oladigan batareya zo'riqishini o'lchab, batareyani qurilmaga ulang.

Endi S1 tugmachasini bosing va ushlab turing va tugma bosilganda kontaktlarning zanglashiga olib boring. Taxminan 1 soniya kechiktirilgandan so'ng, S1 tugmachasini qo'yib yuboring, agar u birinchi navbatda kontaktlarning zanglashiga olib kirsa, qurilma kalibrlash rejimiga kirmaydi. S1.

Endi siz displeyda sxemaning kalibrlash rejimiga o'tganligini ko'rishingiz mumkin. "Cal rejimi" LCD displeyda batareya zo'riqishi bilan birga ko'rsatiladi. Endi siz lcd -da ko'rsatilgan batareya zo'riqishini qozonni burab multimetr o'qishingiz bilan moslashtirasiz. "Ishni tugatgandan so'ng, S1 tugmachasini yana bosing, bir soniya ushlab turing va qo'yib yuboring. Siz kalibrlash rejimidan chiqib ketasiz. Zaryadlovchini o'chiring va yoqing.

Yuqoridagi jarayon batareyaga ulanmagan holda ham amalga oshirilishi mumkin, siz tashqi terminalni (J2) chiqish terminaliga ulashingiz kerak. Kalibrlash rejimiga kirgandan so'ng, pot yordamida sozlang. Lekin bu safar tashqi quvvat manbaini ajratib oling va keyin bosing. S1 kalibrlash rejimidan chiqish uchun har qanday qurilmaning noto'g'ri ishlashini oldini olish uchun avval tashqi quvvat manbaini uzib qo'yish kerak.

9 -qadam: Kalibrlashdan keyin yoqish …. endi siz rok qilishga tayyormiz

Endi kalibrlash tugagandan so'ng, siz zaryad jarayonini boshlashingiz mumkin, avval batareyani ulang, so'ngra qurilmani yoqing, dam olish zaryadlovchidan o'tadi.

Mening davram 100% ishlaydi va sinovdan o'tkaziladi, lekin agar biror narsani sezsangiz, menga xabar bering.

Baxtli bino.

Rgds // Sharanya