Arduino ашиглан батерейны хүчин чадлыг шалгагч [Lithium-NiMH-NiCd]: 15 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Онцлог:

• Хуурамч лити-ион/лити-полимер/NiCd/NiMH батерейг тодорхойлох
• Тогтмол гүйдлийн ачааллыг тохируулах боломжтой (хэрэглэгч өөрчилж болно)
• Бараг бүх төрлийн батерейны хүчин чадлыг хэмжих чадвартай (5 В -оос доош)
• Эхлэгчдэд ч гагнах, бүтээх, ашиглахад хялбар (бүх бүрэлдэхүүн хэсэг нь дүрсэн)
• LCD хэрэглэгчийн интерфэйс

Үзүүлэлтүүд:

• Удирдах зөвлөлийн хангамж: 7V -аас 9V хүртэл (хамгийн их)
• Зайны оролт: 0-5V (хамгийн их)-урвуу туйлт байхгүй Тогтмол
• Одоогийн ачаалал: 37mA -аас 540mA (хамгийн их) - 16 алхам - хэрэглэгч өөрчилж болно

Батерейны хүчин чадлыг үнэн зөв хэмжих нь олон тохиолдолд зайлшгүй шаардлагатай байдаг. Хүчин чадлыг хэмжих төхөөрөмж нь хуурамч батерейг илрүүлэх асуудлыг шийдэж чадна. Өнөө үед хуурамч лити ба NiMH батерей нь зар сурталчилгааны хүчин чадлаа хангадаггүй хаа сайгүй байдаг. Заримдаа жинхэнэ болон хуурамч батерейг ялгахад хэцүү байдаг. Энэ асуудал гар утасны батерей гэх мэт нөөц батерейны зах зээл дээр байдаг. Цаашилбал, олон тохиолдолд хуучин батерейны хүчин чадлыг тодорхойлох шаардлагатай байдаг (жишээлбэл, зөөврийн компьютерын батерей). Энэ нийтлэлд бид алдартай Arduino-Nano хавтанг ашиглан батерейны хүчин чадлыг хэмжих хэлхээг бий болгож сурах болно. Би ПХБ -ийн хавтанг дүрэх бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд зориулж хийсэн. Тиймээс эхлэгч нар ч гэсэн төхөөрөмжийг гагнах, ашиглах боломжтой.

1: Хэлхээний шинжилгээ Зураг 1 -т төхөөрөмжийн бүдүүвч диаграммыг харуулав. Хэлхээний цөм нь Arduino-Nano самбар юм.

Алхам 1: Зураг 1, Батерейны хүчин чадлыг хэмжих төхөөрөмжийн бүдүүвч диаграм

IC1 бол хоёр үйлдлийн өсгөгч агуулсан LM358 [1] чип юм. R5 ба C7 нь ХОУХ -ны импульсийг тогтмол гүйдлийн хүчдэл болгон хөрвүүлдэг бага нэвтрүүлэх шүүлтүүрийг бий болгодог. ХОУХ -ны давтамж нь 500 Гц орчим байдаг. Би Siglent SDS1104X-E осциллограф ашиглан ХОУХ болон шүүлтүүрийн зан байдлыг шалгаж үзсэн. Би CH1-ийг PWM гаралт (Arduino-D10), CH2-ийг шүүлтүүрийн гаралттай холбосон (Зураг 2). Та шүүлтүүрийн давтамжийн хариу урвал ба түүний таслах давтамжийг SDS1104X-E-ийн танилцуулсан сайхан шинж чанаруудын нэг болох bode диаграмаар шалгаж болно.

Алхам 2: Зураг 2, ХОУХШ дохио (CH1: 2V/div) ба R5-C7 RC шүүлтүүрээр дамжсаны дараах үр дүн (CH2: 50mV/div)

R5 нь 1M эсэргүүцэл бөгөөд энэ нь гүйдлийг ихээхэн хязгаарладаг боловч шүүлтүүрийн гаралт нь хүчдэлийн дагалдагчийн тохиргоонд опам (IC1 -ийн хоёр дахь опам) дамждаг. IC1, R7, Q2 -ийн анхны опамп нь тогтмол гүйдлийн ачааллын хэлхээг бий болгодог. Одоогийн байдлаар бид ХОУХ -ны хяналттай тогтмол гүйдлийн ачааллыг бий болгосон.

2*16 хэмжээтэй LCD дэлгэцийг хэрэглэгчийн интерфэйс болгон ашигладаг бөгөөд энэ нь хяналт/тохиргоог хялбар болгодог. R4 потенциометр нь LCD тодосгогчийг тохируулдаг. R6 нь арын гэрлийн гүйдлийг хязгаарладаг. P2 бол 5V дуут дохиог холбоход ашигладаг 2 голтой Molex холбогч юм. R1 ба R2 нь мэдрэгчтэй унтраалгуудын татах эсэргүүцэл юм. C3 ба C4 нь товчлууруудыг салгахад хэрэглэгддэг. С1 ба С1 нь хэлхээний тэжээлийн хүчдэлийг шүүхэд хэрэглэгддэг. С5 ба С6 нь тогтмол гүйдлийн ачааллын хэлхээний шуугианыг шүүж, ADC хувиргах ажиллагааг алдагдуулахгүйн тулд ашигладаг. R7 нь Q2 MOSFET -ийн ачаалал болдог.

1-1: Тогтмол гүйдлийн тогтмол гүйдлийн ачаалал гэж юу вэ?

Тогтмол гүйдлийн ачаалал гэдэг нь хэрэглэсэн оролтын хүчдэл харилцан адилгүй байсан ч гэсэн тогтмол хэмжээний тогтмол гүйдэл авдаг хэлхээ юм. Жишээлбэл, хэрэв бид тогтмол гүйдлийн ачааллыг цахилгаан тэжээлд холбож, гүйдлийг 250мА дээр тохируулах юм бол оролтын хүчдэл 5V эсвэл 12V байсан ч хамаагүй өөрчлөгдөхгүй. Тогтмол гүйдлийн ачааллын хэлхээний энэ онцлог нь батерейны хүчин чадлыг хэмжих төхөөрөмжийг бүтээх боломжийг бидэнд олгодог. Хэрэв бид батерейны хүчдэл буурах тусам батерейны хүчин чадлыг хэмжихийн тулд ачаалал болгон энгийн резистор ашигладаг бол гүйдэл нь буурч тооцоог нарийн төвөгтэй, буруу болгодог.

2: ПХБ -ийн самбар

Зураг 3 -т хэлхээний ПХБ -ийн зохион байгуулалтыг харуулав. Самбарын хоёр талыг бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг холбоход ашигладаг. Би схем/ПХБ -ийг зохион бүтээхээр төлөвлөж байхдаа SamacSys -ийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын санг байнга ашигладаг, учир нь эдгээр номын сан нь IPC -ийн үйлдвэрлэлийн стандартыг дагаж мөрддөг бөгөөд бүгд үнэ төлбөргүй байдаг. Би эдгээр номын сангуудыг IC1 [2], Q2 [3] -д ашигладаг байсан бөгөөд бүр Arduino-Nano (AR1) [4] номын санг зохион бүтээхээс ихээхэн хэмнэдэг байсан. Би Altium Designer CAD програмыг ашигладаг тул би бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын санг суулгахдаа Altium залгаасыг ашигласан. Зураг 4 -т сонгосон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг харуулав.

Алхам 3: Зураг 3, Батерейны хүчин чадлыг хэмжих хэлхээний ПХБ -ийн самбар

Би схем/ПХБ -ийг зохион бүтээхээр төлөвлөж байхдаа SamacSys -ийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын санг байнга ашигладаг, учир нь эдгээр номын сан нь IPC -ийн үйлдвэрлэлийн стандартыг дагаж мөрддөг бөгөөд бүгд үнэ төлбөргүй байдаг. Би эдгээр номын сангуудыг IC1 [2], Q2 [3] -д ашигладаг байсан бөгөөд бүр Arduino-Nano (AR1) [4] номын санг зохион бүтээхээс ихээхэн хэмнэдэг байсан. Би Altium Designer CAD програмыг ашигладаг тул би бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын санг суулгахдаа Altium залгаасыг ашигласан. Зураг 4 -т сонгосон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг харуулав.

Алхам 4: Зураг 4, SamacSys Altium Plugin -ээс суулгасан бүрэлдэхүүн хэсгүүд

ПХБ-ийн самбар нь 2*16 хэмжээтэй LCD-ээс арай том бөгөөд гурван мэдрэгчтэй товчлуурт тохирох болно. 5, 6, 7 -р зурагт самбарыг 3D хэлбэрээр харуулав.

Алхам 5: Зураг 5: ПХБ -ийн угсарсан хавтангийн 3D дүрслэл (TOP), Зураг 6: ПХБ -ийн угсарсан хавтангийн 3D харагдац (хажуу тал), Зураг 7: ПХБ -ийн угсарсан хавтангийн 3D дүрслэл (доод талд)

3: Ассемблей ба TestI нь хагас гар хийцийн ПХБ хавтанг ашиглан хурдан загвар зохион бүтээж, хэлхээг туршиж үзсэн. Зураг 8 -д самбарын зургийг харуулав. Та намайг дагах шаардлагагүй, зөвхөн ПХБ үйлдвэрлэх мэргэжлийн компанид ПХБ захиалж, төхөөрөмжийг бүтээгээрэй. Та R4 -ийн хувьд тогтмол потенциометрийн төрлийг ашиглах ёстой бөгөөд энэ нь самбарын хажуу талаас LCD тодосгогчийг тохируулах боломжийг олгодог.

Алхам 6: Зураг 8: Хагас гар хийцийн ПХБ-ийн самбар дээрх анхны прототипийн зураг

Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гагнаж, туршилтын нөхцлийг бэлтгэсний дараа бид хэлхээгээ туршихад бэлэн байна. MOSFET (Q2) дээр том радиатор суурилуулахаа бүү мартаарай. Би R7-ийг 3 ом эсэргүүцэлтэй байлгахаар сонгосон. Энэ нь бидэнд 750 мА хүртэл тогтмол гүйдэл үүсгэх боломжийг олгодог боловч кодонд би хамгийн их гүйдлийг 500 мА орчимд тохируулсан бөгөөд энэ нь бидний зорилгод хангалттай юм. Резисторын утгыг (жишээлбэл 1.5 ом хүртэл) бууруулснаар илүү их гүйдэл гарах боломжтой боловч та илүү хүчирхэг эсэргүүцэл ашиглаж Arduino кодыг өөрчлөх хэрэгтэй болно. 9 -р зурагт самбар ба түүний гадаад утаснуудыг харуулав.

Алхам 7: Зураг 9: Зайны багтаамжийг хэмжих төхөөрөмжийн утас

Нийлүүлэлтийн оролтонд 7V -аас 9V орчим хүчдэлийг бэлтгэ. Би Arduino самбарын зохицуулагчийг ашиглан +5V төмөр замыг хийсэн. Тиймээс 9V -ээс дээш хүчдэлийг тэжээлийн оролтонд хэзээ ч бүү оруулаарай, эс тэгвээс та зохицуулагчийн чипийг гэмтээж болзошгүй юм. Удирдах зөвлөл асаалттай байх бөгөөд та 10-р зураг дээрх шиг текстийг LCD дэлгэц дээр харах ёстой. Хэрэв та 2*16 хэмжээтэй цэнхэр арын гэрэлтүүлэг ашигладаг бол хэлхээ нь 75 мА орчим зарцуулдаг.

Алхам 8: Зураг 10: LCD дээрх хэлхээг асаах заалт

Ойролцоогоор 3 секундын дараа текст арилах бөгөөд дараагийн дэлгэц дээр та тогтмол гүйдлийн утгыг дээш/доош товчлуураар тохируулж болно (Зураг 11).

Алхам 9: Зураг 11: Дээд/доош товчлууруудаар тогтмол гүйдлийн ачааллын тохируулга

Батерейг төхөөрөмжид холбож, түүний хүчин чадлыг хэмжихийн өмнө цахилгаан тэжээл ашиглан хэлхээг шалгаж болно. Энэ зорилгоор та P3 холбогчийг цахилгаан тэжээлд холбох ёстой.

Анхаарах зүйл: 5В -оос дээш хүчдэлийг эсвэл урвуу туйлт байдлаар батерейны оролтонд бүү ашигла, эс тэгвээс та Arduino -ийн дижитал хөрвүүлэгч зүүг үүрд гэмтээх болно

Хүссэн гүйдлийн хязгаарыг (жишээлбэл 100мА) тохируулж, тэжээлийн хүчдэлээрээ тоглоорой (5В -аас доош байх). Та ямар ч оролтын хүчдэлээс харж болно, одоогийн урсгал хэвээр байна. Энэ бол бидний хүсч буй зүйл юм! (Зураг 12).

Алхам 10: Зураг 12: Хүчдэлийн хэлбэлзлийн өмнө ч гэсэн одоогийн урсгал тогтмол хэвээр байна (4.3V ба 2.4V оролтоор туршсан)

Гурав дахь товчлуур бол Reset юм. Энэ нь самбарыг дахин эхлүүлнэ гэсэн үг юм. Хэрэв та өөр цөцгийн тосыг турших процедурыг дахин эхлүүлэхээр төлөвлөж байгаа бол энэ нь ашигтай болно.

Юутай ч одоо таны төхөөрөмж өөгүй ажилладаг гэдэгт итгэлтэй байна. Та цахилгаан тэжээлийг салгаж, зайгаа батерейны оролттой холбож хүссэн гүйдлийн хязгаарыг тохируулж болно.

Өөрийнхөө туршилтыг эхлүүлэхийн тулд би цоо шинэ 8 800 мА лити-ион батерейг сонгосон (Зураг 13). Энэ үнэхээр гайхалтай ханш шиг харагдаж байна, тийм үү?! Гэхдээ би үүнд ямар нэгэн байдлаар итгэж чадахгүй байна:-), тиймээс үүнийг туршиж үзье.

Алхам 11: Зураг 13: Бодит эсвэл хуурамч 8,800мА лити-ион батерей ?

Лити батерейг самбар дээр холбохын өмнө бид үүнийг цэнэглэх ёстой бөгөөд ингэснээр 4.20V (500mA CC ба түүнээс доош) тогтмол тэжээлийг өөрийн тэжээлийн эх үүсвэрээр (жишээлбэл, өмнөх нийтлэл дэх хувьсах унтраалттай тэжээлийн хангамжийг ашиглан) бэлтгэж цэнэглэнэ үү. батерейг одоогийн урсгал бага түвшинд хүрэх хүртэл. Үл мэдэгдэх батерейг өндөр гүйдэлтэй бүү цэнэглээрэй, учир нь бид түүний жинхэнэ хүчин чадлын талаар сайн мэдэхгүй байна! Өндөр цэнэглэх гүйдэл нь батерейг дэлбэрч болзошгүй юм! Болгоомжтой байгаарай. Үүний үр дүнд би энэ журмыг дагаж мөрдсөн бөгөөд манай 8, 800mA батерейны багтаамжийг хэмжихэд бэлэн болсон байна.

Би батерейг самбар дээр холбохдоо батерей эзэмшигч ашигласан. Цахилгаан гүйдэл алдагдах нь хүчдэлийн уналт, нарийвчлалыг алдагдуулдаг тул бага эсэргүүцэлтэй, зузаан, богино утас ашиглахаа мартуузай.

Одоогийн гүйдлийг 500 мА болгож, "UP" товчлуурыг удаан дарна уу. Дараа нь та дохио өгөх ёстой бөгөөд процедур эхэлнэ (Зураг 14). Би таслах хүчдэлийг (бага зайны босго) 3.2V болгож тохируулсан. Хэрэв та хүсвэл кодын энэ босгыг өөрчилж болно.

Алхам 12: Зураг 14: Батерейны хүчин чадлыг тооцоолох журам

Үндсэндээ бид батерейны хүчдэлийг доод түвшний босго хүрэхээс өмнө "ашиглалтын хугацааг" тооцоолох ёстой. Зураг 15 -д төхөөрөмж нь батерейгаас тогтмол гүйдлийн ачааллыг (3.2V) салгаж, тооцоо хийсэн хугацааг харуулав. Мөн төхөөрөмж нь процедур дууссаныг илтгэх хоёр урт дохио өгдөг. LCD дэлгэц дээр харж байгаа шиг батерейны жинхэнэ хүчин чадал нь 1, 190 мАч бөгөөд энэ нь тогтоосон хэмжээнээс хол байна! Та ижил процедурыг дагаж ямар ч батерейг туршиж болно (5В -аас бага).

Алхам 13: Зураг 15: 8.800мА лити-ион батерейны жинхэнэ тооцоолсон хүчин чадал

Зураг 16 -д энэ хэлхээний материалын тооцоог харуулав.

Алхам 14: Зураг 16: Материалын тооцоо

Алхам 15: Ашигласан материал

Нийтлэлийн эх сурвалж:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: