Arduino [Lithium-NiMH-NiCd] арқылы батарея сыйымдылығын тексеруші: 15 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Ерекше өзгешеліктері:

• Жалған литий-ион/литий-полимер/NiCd/NiMH батареясын анықтаңыз
• Реттелетін тұрақты ток жүктемесі (оны қолданушы да өзгерте алады)
• Кез келген аккумулятордың сыйымдылығын өлшеуге қабілетті (5В төмен)
• Дәнекерлеу, құрастыру және қолдану оңай, тіпті жаңадан бастағандар үшін (барлық компоненттері Dip)
• СКД пайдаланушы интерфейсі

Ерекшеліктер:

• Тақтаны жеткізу: 7 В -тан 9 В -қа дейін (Максимум)
• Батарея кірісі: 0-5В (максимум)-кері полярлық жоқ Тұрақты
• Ағымдағы жүктеме: 37mA - 540mA (максимум) - 16 қадам - пайдаланушы өзгерте алады

Батарея сыйымдылығын нақты өлшеу көптеген сценарийлер үшін өте маңызды. Сыйымдылықты өлшеу құрылғысы жалған батареяларды табу мәселесін шеше алады. Қазіргі уақытта жалған литий мен NiMH аккумуляторлары жарнамаланған сыйымдылықпен жұмыс жасамайтын барлық жерде бар. Кейде нақты және жалған батареяны ажырату қиын. Бұл мәселе ұялы телефон батареялары сияқты қосалқы батареялар нарығында бар. Сонымен қатар, көптеген сценарийлерде екінші батареяның сыйымдылығын анықтау қажет (мысалы, ноутбуктің аккумуляторы). Бұл мақалада біз әйгілі Arduino-Nano тақтасының көмегімен батарея сыйымдылығын өлшеу схемасын құруды үйренеміз. Мен компоненттерге арналған ПХД тақтасын жасадым. Сондықтан жаңадан бастаушылар да құрылғыны дәнекерлеп, қолдана алады.

1: схеманы талдау 1 -суретте құрылғының схемасы көрсетілген. Схеманың өзегі-Arduino-Nano тақтасы.

1 -қадам: 1 -сурет, батарея сыйымдылығын өлшеу құрылғысының схемасы

IC1 - бұл екі жұмыс күшейткіші бар LM358 [1] чипі. R5 және C7 PWM импульсін тұрақты кернеуге түрлендіретін төмен өту сүзгісін жасайды. PWM жиілігі шамамен 500 Гц құрайды. Мен PWM мен сүзгінің әрекетін тексеру үшін Siglent SDS1104X-E осциллографын қолдандым. Мен CH1-ді PWM шығысына (Arduino-D10), ал CH2-ді сүзгі шығысына қостым (2-сурет). Сіз SDS1104X-E-нің жақсы енгізілген ерекшеліктерінің бірі болып табылатын фильтрдің жиілік реакциясын және оның үзілу жиілігін «іс жүзінде» байт схемасы бойынша тексере аласыз.

2-қадам: 2-сурет, PWM сигналы (CH1: 2V/div) және R5-C7 RC сүзгісінен өткеннен кейінгі нәтиже (CH2: 50mV/div)

R5 - бұл 1М резисторы, ол токты айтарлықтай шектейді, алайда сүзгі шығысы опампадан өтеді (IC1 екінші опамы), кернеу ізбасарының конфигурациясында. IC1, R7 және Q2 бірінші опампасы тұрақты ток жүктемесінің контурын құрады. Әзірге біз PWM басқарылатын тұрақты ток жүктемесін құрдық.

Қолданушы интерфейсі ретінде 2*16 СК пайдаланылады, бұл басқару/реттеуді жеңілдетеді. R4 потенциометрі СКД контрастын орнатады. R6 артқы жарық ағынын шектейді. P2 - бұл 5 вольтты сигналды қосуға арналған 2 істікшелі Molex қосқышы. R1 және R2-тактильді қосқыштар үшін тартылатын резисторлар. C3 және C4 түймелерін басу үшін қолданылады. С1 және С1 тізбектің қоректену кернеуін сүзу үшін қолданылады. C5 және C6 ADC түрлендіру өнімділігін төмендетпеу үшін тұрақты ток жүктемесі тізбегінің шуларын сүзу үшін қолданылады. R7 Q2 MOSFET үшін жүктеме ретінде әрекет етеді.

1-1: Тұрақты ток тұрақты ток жүктемесі дегеніміз не?

Тұрақты ток жүктемесі - бұл кернеудің кернеуі өзгерсе де, үнемі тұрақты ток алатын тізбек. Мысалы, егер біз тұрақты ток жүктемесін қуат көзіне қосып, токты 250мА -ға орнатсақ, кіріс кернеуі 5В немесе 12В немесе кез келген жағдайда да өзгермейді. Тұрақты ток жүктемесінің бұл ерекшелігі батарея сыйымдылығын өлшеуге арналған құрылғыны құруға мүмкіндік береді. Егер біз батарея сыйымдылығын өлшеу үшін жүктеме ретінде қарапайым резисторды қолданатын болсақ, аккумулятордың кернеуі төмендеген кезде ток та азаяды, бұл есептеулерді күрделі және дәл емес етеді.

2: ПХД тақтасы

3 -суретте схеманың ПХД жобаланған орналасуы көрсетілген. Тақтаның екі жағы компоненттерді бекіту үшін қолданылады. Мен схемалық/ПХД жобалауды жоспарлаған кезде мен әрқашан SamacSys компоненттік кітапханаларын қолданамын, себебі бұл кітапханалар IPC -дің өнеркәсіптік стандарттарына сәйкес келеді және барлығы ақысыз. Мен бұл кітапханаларды IC1 [2], Q2 [3] үшін қолдандым, тіпті мен Arduino-Nano (AR1) [4] кітапханасын таба алдым, ол жобалау уақытынан көп үнемдеді. Мен Altium Designer CAD бағдарламалық жасақтамасын қолданамын, сондықтан мен компоненттер кітапханасын орнату үшін Altium плагинін қолдандым [5]. 4 -суретте таңдалған компоненттер көрсетілген.

3 -қадам: 3 -сурет, батарея сыйымдылығын өлшеу схемасының ПХД тақтасы

Мен схемалық/ПХД жобалауды жоспарлаған кезде мен әрқашан SamacSys компоненттік кітапханаларын қолданамын, себебі бұл кітапханалар IPC -дің өнеркәсіптік стандарттарына сәйкес келеді және барлығы ақысыз. Мен бұл кітапханаларды IC1 [2], Q2 [3] үшін қолдандым, тіпті мен Arduino-Nano (AR1) [4] кітапханасын таба алдым, ол жобалау уақытынан көп үнемдеді. Мен Altium Designer CAD бағдарламалық жасақтамасын қолданамын, сондықтан мен компоненттер кітапханасын орнату үшін Altium плагинін қолдандым [5]. 4 -суретте таңдалған компоненттер көрсетілген.

4 -қадам: 4 -сурет, SamacSys Altium плагинінен орнатылған компоненттер

ПХД тақтасы 2*16 СК-ге қарағанда сәл үлкен, ол үш түйме батырмасына сәйкес келеді. 5, 6 және 7 -суреттер тақтаның 3D көрінісін көрсетеді.

5 -қадам: 5 -сурет: Жиналған ПХД тақтасының (TOP) 3D көрінісі, 6 -сурет: Жиналған ПХД тақтасының 3D көрінісі (бүйір), 7 -сурет: Жиналған ПХД тақтасының 3D көрінісі (төменгі)

3: құрастыру және TestI жылдам прототипін құру және схеманы тексеру үшін жартылай үйден жасалған ПХД тақтасын қолданды. 8 -суретте тақтаның суреті көрсетілген. Сізге менің артымнан ерудің қажеті жоқ, тек ПХД өндіретін кәсіби компанияға тапсырыс беріңіз және құрылғыны жасаңыз. R4 үшін тақтаның жанынан СКД контрастын реттеуге мүмкіндік беретін тұрақты потенциометр түрін пайдалану керек.

6-қадам: 8-сурет: Жартылай үйден жасалған ПХД тақтасында бірінші прототиптің суреті

Компоненттерді дәнекерлеп, сынақ шарттарын дайындағаннан кейін біз өз тізбегімізді сынауға дайынбыз. MOSFET (Q2) үлкен радиаторды орнатуды ұмытпаңыз. Мен R7-ді 3-Ом резистор ретінде таңдадым. Бұл бізге 750 мА дейінгі тұрақты токтарды құруға мүмкіндік береді, бірақ кодта мен максималды токты 500 мА шамасында орнаттық, бұл біздің мақсатымызға жеткілікті. Резистордың мәнін төмендету (мысалы, 1,5-Ом) жоғары ток шығаруы мүмкін, алайда сізге күшті резисторды қолдану және Arduino кодын өзгерту қажет. 9 -суретте тақта мен оның сыртқы сымдары көрсетілген.

7 -қадам: 9 -сурет: Батарея сыйымдылығын өлшеу құрылғысының сымдары

Қоректену кірісіне 7В -тан 9В -қа дейінгі кернеуді дайындаңыз. Мен +5В рельсін жасау үшін Arduino тақтасының реттеушісін қолдандым. Сондықтан, кіріс кернеуіне ешқашан 9В жоғары кернеуді қолданбаңыз, әйтпесе реттегіш микросхемасын зақымдауы мүмкін. Тақтаға қуат қосылады және сіз 10-суреттегідей мәтінді СКД-де көресіз. Егер сіз 2*16 СК көгілдір жарықтандырғышты қолдансаңыз, схема 75 мА шамасында тұтынады.

8-қадам: 10-сурет: СКД-де тізбекті дұрыс қосу көрсеткіші

Шамамен 3 секундтан кейін мәтін тазартылады және келесі экранда тұрақты ток мәнін жоғары/төмен түймелері арқылы реттеуге болады (11 -сурет).

9-қадам: 11-сурет: Тұрақты ток жүктемесін жоғары/төмен түймелері арқылы реттеу

Аккумуляторды құрылғыға қоспас бұрын және оның қуатын өлшемес бұрын, қорек көзінің көмегімен тізбекті тексеруге болады. Ол үшін P3 қосқышын қуат көзіне қосу керек.

Маңызды: Батарея кірісіне ешқашан 5В жоғары кернеуді немесе кері полярлықты қолданбаңыз, әйтпесе сіз Arduino сандық түрлендіргіш штифіне біржола зақым келтіресіз

Қажетті ток шегін орнатыңыз (мысалы, 100мА) және қуат көзінің кернеуімен ойнаңыз (5В төмен болыңыз). Кез келген кіріс кернеуінен көріп отырғаныңыздай, ағымдық ағын өзгеріссіз қалады. Бұл біз қалаған нәрсе! (12 -сурет).

10 -қадам: 12 -сурет: Ағымдық ағын кернеудің өзгеруінің алдында да тұрақты болып қалады (4.3V және 2.4V кірістерімен тексерілген)

Үшінші түйме-Қалпына келтіру. Бұл тақтаны қайта қосуды білдіреді. Басқа майды сынау үшін процедураны қайта бастауды жоспарлаған кезде бұл пайдалы.

Қалай болғанда да, енді сіз құрылғының мінсіз жұмыс істейтініне сенімдісіз. Қуат көзін ажыратуға және батареяны батарея кірісіне қосуға және қажетті ток шегін орнатуға болады.

Өз тестімді бастау үшін мен 8, 800мА номиналды литий-ионды батареяны таңдадым (13-сурет). Бұл фантастикалық мөлшерлеме сияқты, солай емес пе ?! Бірақ мен бұған сене алмаймын:-), сондықтан оны сынап көрейік.

11-қадам: 13-сурет: 8, 800мА номиналды литий-ионды батарея, шынайы немесе жалған ?

Литий аккумуляторын тақтаға қоспас бұрын, біз оны зарядтауымыз керек, сондықтан қуат көзімен 4.20В (500мА CC немесе одан төмен) тұрақты ток дайындаңыз (мысалы, алдыңғы мақалада ауыспалы қуат көзінің көмегімен) және зарядтаңыз. батарея ағымдағы ағын төмен деңгейге жеткенше. Белгісіз аккумуляторды жоғары токпен зарядтамаңыз, себебі оның нақты сыйымдылығына сенімді емеспіз! Жоғары зарядтау токтары батареяны жарып жіберуі мүмкін! Сақ болыңыз. Нәтижесінде мен осы процедураны орындадым және біздің 8 800 мА аккумулятор сыйымдылықты өлшеуге дайын.

Батареяны тақтаға қосу үшін мен батарея ұстағышын қолдандым. Төмен қарсылықты тудыратын қалың және қысқа сымдарды қолданғаныңызға көз жеткізіңіз, себебі сымдардағы қуаттың таралуы кернеудің төмендеуіне және дәлсіздікке әкеледі.

Келіңіздер, токты 500 мА-ға орнатып, «ЖОҒАРЫ» түймесін ұзақ басып тұрайық. Содан кейін сіз дыбысты естуіңіз керек және процедура басталады (14 -сурет). Мен шектеу кернеуін (батареяның төменгі шегі) 3,2 В-қа қойдым. Қаласаңыз, бұл шекті кодта өзгертуге болады.

12 -қадам: 14 -сурет: Батарея сыйымдылығын есептеу процедурасы

Негізінде, біз батареяның кернеуі төменгі деңгейге жеткенше «қызмет ету мерзімін» есептеуіміз керек. 15 -суретте құрылғы батареядан тұрақты ток жүктемесін ажырататын уақыт көрсетілген (3.2В) және есептеулер жүргізілген. Сонымен қатар, құрылғы процедураның аяқталғанын білдіретін екі ұзын дыбыстық сигнал береді. СКД экранынан көріп тұрғаныңыздай, батареяның шынайы сыйымдылығы 1, 190 мАч құрайды, бұл мәлімделген сыйымдылықтан алыс! Кез келген аккумуляторды (5В төмен) тексеру үшін дәл осы процедураны орындауға болады.

13-қадам: 15-сурет: 8.800мА номиналды литий-ионды аккумулятордың нақты есептелген сыйымдылығы

16 -суретте осы схемаға арналған материалдық есепшот көрсетілген.

14 -қадам: 16 -сурет: Материалдық есеп

15 -қадам: Әдебиеттер

Мақала көзі:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: