Akumulatora jaudas testeris, izmantojot Arduino [Lithium-NiMH-NiCd]: 15 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Iespējas:

• Identificējiet viltotu litija jonu/litija polimēru/NiCd/NiMH akumulatoru
• Regulējama pastāvīgas strāvas slodze (to var mainīt arī lietotājs)
• Spēj izmērīt gandrīz jebkura veida akumulatora jaudu (zem 5V)
• Viegli lodēt, veidot un lietot pat iesācējiem (visas sastāvdaļas ir iegremdētas)
• LCD lietotāja interfeiss

Specifikācijas:

• Barošanas avots: 7V līdz 9V (maks.)
• Akumulatora ieeja: 0-5V (maks.)-nav apgrieztās polaritātes Pastāvīga
• Pašreizējā slodze: no 37 mA līdz 540 mA (maks.) - 16 soļi - lietotājs var mainīt

Patiess akumulatora jaudas mērījums ir būtisks daudziem scenārijiem. Jaudas mērīšanas ierīce var atrisināt arī viltotu bateriju pamanīšanas problēmu. Mūsdienās visur ir viltotas litija un NiMH baterijas, kas neatbilst viņu reklamētajām jaudām. Dažreiz ir grūti atšķirt īstu un viltotu akumulatoru. Šī problēma pastāv rezerves bateriju tirgū, piemēram, mobilo tālruņu baterijās. Turklāt daudzos gadījumos ir būtiski noteikt lietota akumulatora (piemēram, klēpjdatora akumulatora) ietilpību. Šajā rakstā mēs iemācīsimies izveidot akumulatora jaudas mērīšanas ķēdi, izmantojot slaveno Arduino-Nano plāksni. Esmu izstrādājis PCB plati iegremdējamiem komponentiem. Tātad pat iesācēji var lodēt un izmantot ierīci.

1: shēmas analīze 1. attēlā parādīta ierīces shematiskā diagramma. Ķēdes kodols ir Arduino-Nano plāksne.

1. darbība: 1. attēls, akumulatora jaudas mērīšanas ierīces shematiska diagramma

IC1 ir LM358 [1] mikroshēma, kurā ir divi operatīvie pastiprinātāji. R5 un C7 izveido zemas caurlaidības filtru, kas pārveido PWM impulsu līdzstrāvas spriegumā. PWM frekvence ir aptuveni 500 Hz. Es izmantoju Siglent SDS1104X-E osciloskopu, lai pārbaudītu PWM un filtra uzvedību. Es pievienoju CH1 PWM izejai (Arduino-D10) un CH2 filtra izejai (2. attēls). Jūs pat varat praksē pārbaudīt filtra frekvences reakciju un tā izslēgšanas frekvenci, izmantojot bodes diagrammu, kas ir viena no jaukajām SDS1104X-E ieviestajām funkcijām.

2. solis: 2. attēls, PWM signāls (CH1: 2V/div) un rezultāts pēc iziešanas caur R5-C7 RC filtru (CH2: 50mV/div)

R5 ir 1M rezistors, kas ievērojami ierobežo strāvu, tomēr filtra izeja iet caur opamp (otrais IC1 opamp) sprieguma sekotāja konfigurācijā. IC1, R7 un Q2 pirmais opamp veido pastāvīgas strāvas slodzes ķēdi. Līdz šim mēs esam izveidojuši PWM kontrolējamu pastāvīgu strāvas slodzi.

2*16 LCD tiek izmantots kā lietotāja interfeiss, kas atvieglo kontroli/regulēšanu. R4 potenciometrs nosaka LCD kontrastu. R6 ierobežo fona apgaismojuma strāvu. P2 ir divu kontaktu Molex savienotājs, ko izmanto, lai pievienotu 5V skaņas signālu. R1 un R2 ir taustes slēdžu pievilkšanas rezistori. C3 un C4 tiek izmantoti, lai atspējotu spiedpogas. C1 un C1 tiek izmantoti, lai filtrētu ķēdes barošanas spriegumu. C5 un C6 tiek izmantoti, lai filtrētu pastāvīgās strāvas slodzes ķēdes trokšņus, lai nepasliktinātu ADC pārveidošanas veiktspēju. R7 darbojas kā slodze Q2 MOSFET.

1-1: Kāda ir pastāvīgas strāvas līdzstrāvas slodze?

Pastāvīga strāvas slodze ir ķēde, kas vienmēr patērē nemainīgu strāvas daudzumu pat tad, ja pielietotais ieejas spriegums mainās. Piemēram, ja mēs pievienojam strāvas avotam pastāvīgu strāvas slodzi un iestatām strāvu uz 250 mA, strāvas patēriņš nemainīsies pat tad, ja ieejas spriegums ir 5 V vai 12 V vai kāds cits. Šī pastāvīgās strāvas slodzes ķēdes iezīme ļauj mums izveidot akumulatora jaudas mērīšanas ierīci. Ja akumulatora jaudas mērīšanai izmantojam vienkāršu rezistoru kā slodzi, samazinoties akumulatora spriegumam, samazinās arī strāva, kas padara aprēķinus sarežģītus un neprecīzus.

2: PCB plate

3. attēlā parādīts shēmas izstrādātais PCB izkārtojums. Abas dēļa puses tiek izmantotas detaļu montāžai. Kad es plānoju izstrādāt shematisku/PCB, es vienmēr izmantoju SamacSys komponentu bibliotēkas, jo šīs bibliotēkas atbilst rūpnieciskajiem IPC standartiem un visas ir bezmaksas. Es izmantoju šīs bibliotēkas IC1 [2], Q2 [3], un pat es varēju atrast Arduino-Nano (AR1) [4] bibliotēku, kas daudz ietaupīja no projektēšanas laika. Es izmantoju programmatūru Altium Designer CAD, tāpēc komponentu bibliotēku instalēšanai izmantoju spraudni Altium [5]. 4. attēlā parādīti atlasītie komponenti.

3. solis: 3. attēls, akumulatora jaudas mērīšanas ķēdes PCB plate

Kad es plānoju izstrādāt shematisku/PCB, es vienmēr izmantoju SamacSys komponentu bibliotēkas, jo šīs bibliotēkas atbilst rūpnieciskajiem IPC standartiem un visas ir bezmaksas. Es izmantoju šīs bibliotēkas IC1 [2], Q2 [3], un pat es varēju atrast Arduino-Nano (AR1) [4] bibliotēku, kas daudz ietaupīja no projektēšanas laika. Es izmantoju programmatūru Altium Designer CAD, tāpēc komponentu bibliotēku instalēšanai izmantoju spraudni Altium [5]. 4. attēlā parādīti atlasītie komponenti.

4. solis: 4. attēls, instalētās sastāvdaļas no SamacSys Altium spraudņa

PCB plate ir nedaudz lielāka par 2*16 LCD, lai ietilptu trīs taustes spiedpogas. 5., 6. un 7. attēlā parādīti tāfeles 3D skati.

5. solis: 5. attēls: samontētās PCB plates 3D skats (augšā), 6. attēls: samontētās PCB plates 3D skats (sānu), 7. attēls: samontētās PCB plates 3D skats (apakšā)

3: Montāža un pārbaude Es izmantoju daļēji mājās izgatavotu PCB plāksni, lai izveidotu ātru prototipu un pārbaudītu ķēdi. 8. attēlā parādīts tāfeles attēls. Jums nav jāseko man, vienkārši pasūtiet PCB profesionālam PCB ražošanas uzņēmumam un izveidojiet ierīci. R4 ir jāizmanto stāvošs potenciometrs, kas ļauj pielāgot LCD kontrastu no tāfeles sāniem.

6. darbība: 8. attēls: pirmā prototipa attēls uz daļēji mājās gatavotas PCB plates

Pēc sastāvdaļu lodēšanas un testa apstākļu sagatavošanas mēs esam gatavi pārbaudīt savu ķēdi. Neaizmirstiet uz MOSFET (Q2) uzstādīt lielu radiatoru. Es izvēlējos R7 kā 3 omu rezistoru. Tas ļauj mums radīt nemainīgas strāvas līdz 750 mA, bet kodā es iestatīju maksimālo strāvu kaut kur ap 500 mA, kas ir pietiekami mūsu mērķim. Samazinot rezistora vērtību (piemēram, 1,5 omi), var palielināties strāvas, tomēr jums jāizmanto jaudīgāks rezistors un jāmaina Arduino kods. 9. attēlā parādīta tāfele un tās ārējie vadi.

7. darbība: 9. attēls: akumulatora jaudas mērīšanas ierīces vadu savienošana

Sagatavojiet barošanas ieejai spriegumu aptuveni no 7V līdz 9V. Es izmantoju Arduino plates regulatoru, lai izveidotu +5V sliedi. Tāpēc barošanas ieejai nekad nepievienojiet spriegumu, kas ir augstāks par 9 V, pretējā gadījumā jūs varat sabojāt regulatora mikroshēmu. Tāfele tiks ieslēgta, un LCD ekrānā vajadzētu redzēt tādu pašu tekstu kā 10. attēlā. Ja izmantojat zilu 2*16 LCD apgaismojumu, ķēde patērēs aptuveni 75 mA.

8. darbība: 10. attēls. Pareiza ķēdes ieslēgšanas indikācija LCD

Aptuveni pēc 3 sekundēm teksts tiks notīrīts, un nākamajā ekrānā ar augšup/lejup nospiežamajām pogām var pielāgot pastāvīgās strāvas vērtību (11. attēls).

9. solis: 11. attēls: nemainīgas strāvas slodzes regulēšana ar augšup/lejup spiedpogām

Pirms akumulatora pievienošanas ierīcei un tā jaudas mērīšanas, varat pārbaudīt ķēdi, izmantojot barošanas avotu. Šim nolūkam P3 savienotājs ir jāpievieno barošanas avotam.

Svarīgi: nekad nepievienojiet akumulatora ieejai spriegumu, kas ir augstāks par 5 V, vai pretēji polaritātei, pretējā gadījumā jūs neatgriezeniski sabojāsit Arduino digitālā pārveidotāja tapu

Iestatiet vēlamo strāvas ierobežojumu (piemēram, 100 mA) un spēlējiet ar barošanas spriegumu (palieciet zem 5 V). Kā redzat ar jebkuru ieejas spriegumu, strāvas plūsma paliek neskarta. Tieši to mēs vēlamies! (12. attēls).

10. solis: 12. attēls: pašreizējā plūsma paliek nemainīga pat sprieguma izmaiņu priekšā (pārbaudīta ar 4,3 V un 2,4 V ieejām)

Trešā spiedpoga ir Atiestatīt. Tas nozīmē, ka tā vienkārši restartē dēli. Tas ir noderīgi, ja plānojat atkārtoti uzsākt procedūru, lai pārbaudītu citu sviestu.

Jebkurā gadījumā tagad esat pārliecināts, ka jūsu ierīce darbojas nevainojami. Jūs varat atvienot strāvas padevi un pievienot akumulatoru akumulatora ieejai un iestatīt vēlamo strāvas ierobežojumu.

Lai sāktu savu pārbaudi, es izvēlējos pavisam jaunu 8, 800 mA litija jonu akumulatoru (13. attēls). Izskatās pēc fantastiskas likmes, vai ne ?! Bet es tam kaut kā nespēju noticēt:-), tāpēc pārbaudīsim.

11. solis: 13. attēls: 8 800 mA nominālā litija jonu baterija, īsta vai viltota ?

Pirms litija akumulatora pievienošanas plāksnei mums tas ir jāuzlādē, tāpēc, lūdzu, sagatavojiet fiksētu 4,20 V (500 mA ierobežojumu vai zemāku) ar savu barošanas avotu (piemēram, izmantojot mainīgo pārslēgšanas barošanas avotu iepriekšējā rakstā) un uzlādējiet akumulatoru, līdz pašreizējā plūsma sasniedz zemu līmeni. Neuzlādējiet nepazīstamu akumulatoru ar lielu strāvu, jo neesam pārliecināti par tā reālo ietilpību! Liela uzlādes strāva var eksplodēt akumulatoru! Esi uzmanīgs. Tā rezultātā es ievēroju šo procedūru, un mūsu 8, 800 mA akumulators ir gatavs jaudas mērīšanai.

Es izmantoju akumulatora turētāju, lai savienotu akumulatoru ar plāksni. Noteikti izmantojiet biezus un īsus vadus, kuriem ir zema pretestība, jo strāvas izkliedēšana vados izraisa sprieguma kritumu un neprecizitāti.

Iestatīsim strāvu uz 500 mA un ilgi nospiedīsim pogu “UP”. Tad jums vajadzētu dzirdēt pīkstienu un procedūra sākas (14. attēls). Es esmu iestatījis izslēgšanas spriegumu (zems akumulatora slieksnis) uz 3,2 V. Ja vēlaties, varat mainīt šo slieksni kodā.

12. solis: 14. attēls: Akumulatora jaudas aprēķināšanas procedūra

Būtībā mums vajadzētu aprēķināt akumulatora “kalpošanas laiku”, pirms tā spriegums sasniedz zema līmeņa slieksni. 15. attēlā parādīts laiks, kad ierīce atvieno līdzstrāvas slodzi no akumulatora (3,2 V) un tiek veikti aprēķini. Ierīce arī ģenerē divus garus pīkstienus, lai norādītu uz procedūras beigām. Kā redzams LCD ekrānā, patiesā akumulatora jauda ir 1,190 mAh, kas ir tālu no deklarētās jaudas! Jūs varat izpildīt to pašu procedūru, lai pārbaudītu jebkuru akumulatoru (zemāku par 5 V).

13. solis: 15. attēls: patiesā aprēķinātā 8 800 mA litija jonu akumulatora ietilpība

16. attēlā parādīts šīs shēmas materiālu saraksts.

14. darbība: 16. attēls: materiālu saraksts

15. darbība: atsauces

Raksta avots:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: