DIY Arduino akumulatora jaudas testeris - V2.0: 11 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Mūsdienās visur ir viltotas litija un NiMH baterijas, kuras tiek pārdotas reklāmās ar lielāku jaudu nekā to patiesā jauda. Tāpēc ir patiešām grūti atšķirt īstu un viltotu akumulatoru. Tāpat ir grūti zināt izglābto 18650 klēpjdatoru bateriju ietilpību. Tātad ir nepieciešama ierīce, lai izmērītu bateriju patieso ietilpību.

2016. gadā es uzrakstīju pamācību par "Arduino Capacity Tester - V1.0", kas bija ļoti vienkārša un vienkārša ierīce. Iepriekšējā versija tika balstīta uz Oma likumu. Pārbaudāmo akumulatoru izlādē caur fiksētu rezistoru, strāvu un laika ilgumu mēra ar Arduino, un jaudu aprēķina, reizinot abus rādījumus (izlādes strāva un laiks).

Iepriekšējās versijas trūkums bija tāds, ka testēšanas laikā, samazinoties akumulatora spriegumam, samazinās arī strāva, kas padara aprēķinus sarežģītus un neprecīzus. Lai to pārvarētu, esmu izveidojis V2.0, kas veidots tā, lai strāva nemainītos visā izlādes procesā. Es izveidoju šo ierīci, iedvesmojot MyVanitar oriģinālo dizainu

Capacity Tester V2.0 galvenās iezīmes ir šādas:

1. Spēj izmērīt AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer un Li FePO4 akumulatora ietilpību. Tas ir piemērots gandrīz jebkura veida akumulatoriem, kuru nominālā vērtība ir zemāka par 5 V.

2. Lietotāji var iestatīt izlādes strāvu, izmantojot spiedpogas.

3. OLED lietotāja interfeiss

4. Ierīci var izmantot kā elektronisko slodzi

Atjaunināts 02.12.2019

Tagad jūs varat pasūtīt PCB un komponentus kopā komplektā no PCBWay

Atruna: Lūdzu, ņemiet vērā, ka strādājat ar litija jonu akumulatoru, kas ir ļoti sprādzienbīstams un bīstams. Es nevaru būt atbildīgs par jebkādiem īpašuma zaudējumiem, bojājumiem vai dzīvības zaudēšanu, ja tas notiek. Šī apmācība tika uzrakstīta tiem, kam ir zināšanas par uzlādējamu litija jonu tehnoloģiju. Lūdzu, nemēģiniet to darīt, ja esat iesācējs. Esiet drošībā.

Piegādes

Izmantotās sastāvdaļas

Tagad pasūtiet PCB un visas sastāvdaļas, lai izveidotu šo projektu komplektā no PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. 0,96 collu OLED displejs: Amazon / Banggood

5. Keramikas rezistors: Amazon / Banggood

6. Kondensators 100nF: Amazon / Banggood

7. Kondensators 220uF: Amazon / Banggood

8. Rezistori 4.7K & 1M: Amazon / Banggood

9. Spiedpoga: Amazon / Banggood

10. Spiedpogu vāciņš: Aliexpress

11. Skrūvju terminālis: Amazon / Banggood

12. Prototipa dēlis: Amazon / Banggood

13. PCB Stand-off: Amazon / Banggood

14. Siltuma saraušanās caurules: Amazon/ Banggood

15. Radiators: Aliexpress

Izmantotie instrumenti

1. Lodāmurs: Amazon / Banggood

2. Skavas mērītājs: Amazon / Banggood

3. Multimetrs: Amazon / Banggood

4. Karstā gaisa pūtējs: Amazon / Banggood

5. Stiepļu griezējs: Amazon / Banggood

6. Stiepļu noņēmējs: Amazon / Banggood

1. darbība: shematiskā diagramma

Visa shēma ir sadalīta šādās sadaļās:

1. Barošanas ķēde

2. Pastāvīgās strāvas slodzes ķēde

3. Akumulatora sprieguma mērīšanas ķēde

4. Lietotāja saskarnes shēma

5. Signāla ķēde

1. Barošanas ķēde

Barošanas ķēde sastāv no līdzstrāvas ligzdas (7–9 V) un diviem filtra kondensatoriem C1 un C2. Jauda (Vin) ir savienota ar Arduino pin Vin. Šeit es izmantoju iebūvēto Arduino sprieguma regulatoru, lai samazinātu spriegumu līdz 5 V.

2. Pastāvīgās strāvas slodzes ķēde

Ķēdes galvenā sastāvdaļa ir Op-amp LM358, kurā ir divi darbības pastiprinātāji. PWM signāls no Arduino tapas D10 tiek filtrēts ar zemas caurlaides filtru (R2 un C6) un tiek padots uz otro darbības pastiprinātāju. Otrā op-amp izeja ir pievienota pirmajam op-amp sprieguma sekotāja konfigurācijā. Barošanas avotu LM358 filtrē ar atvienošanas kondensatoru C5.

Pirmais op-amp, R1 un Q1 veido nemainīgas strāvas slodzes ķēdi. Tātad tagad mēs varam kontrolēt strāvu caur slodzes rezistoru (R1), mainot PWM signāla impulsa platumu.

3. Akumulatora sprieguma mērīšanas ķēde

Akumulatora spriegumu mēra ar Arduino analogās ieejas tapu A0. Divi kondensatori C3 un C4 tiek izmantoti, lai filtrētu trokšņus, kas rodas no pastāvīgās strāvas slodzes ķēdes, kas var pasliktināt ADC pārveidošanas veiktspēju.

4. Lietotāja saskarnes shēma

Lietotāja saskarnes ķēde sastāv no divām spiedpogām un 0,96 collu I2C OLED displeja. Augšup un lejup nospiestajai pogai ir jāpalielina vai jāsamazina PWM impulsa platums. R3 un R4 ir augšup un lejup vērstie augšupvērstie rezistori -pogas. C7 un C8 tiek izmantotas spiedpogu atslēgšanai. Trešā spiedpoga (RST) tiek izmantota Arduino atiestatīšanai.

5. Signāla ķēde

Signāla ķēde tiek izmantota, lai brīdinātu testa sākumu un beigas. 5 V signāls ir pievienots Arduino digitālajai tapai D9.

2. darbība. Kā tas darbojas?

Teorija ir balstīta uz OpAmp, kas konfigurēts kā vienotības pastiprinātājs, invertējošo (pin-2) un neinvertējošo (pin-3) ieeju sprieguma salīdzinājumu. Iestatot spriegumu, kas tiek piemērots neinvertējošai ieejai, pielāgojot PWM signālu, opamp izeja atver MOSFET vārtus. Ieslēdzot MOSFET, strāva iet caur R1, tas rada sprieguma kritumu, kas nodrošina negatīvu atgriezenisko saiti uz OpAmp. Tas kontrolē MOSFET tādā veidā, ka spriegums pie tā apgriezto un neinvertējošo ieeju ir vienāds. Tātad strāva caur slodzes rezistoru ir proporcionāla spriegumam OpAmp neinvertējošajā ieejā.

PWM signāls no Arduino tiek filtrēts, izmantojot zemas caurlaidības filtra ķēdi (R2 un C1). Lai pārbaudītu PWM signāla un filtra ķēdes veiktspēju, es pievienoju savu DSO ch-1 pie ieejas un ch-2 pie filtra ķēdes izejas. Izejas viļņu forma ir parādīta iepriekš.

3. darbība: jaudas mērīšana

Šeit akumulators tiek izlādēts līdz zema līmeņa sliekšņa spriegumam (3,2 V).

Akumulatora ietilpība (mAh) = strāva (I) mA x laiks (T) stundās

No iepriekš minētā vienādojuma ir skaidrs, ka, lai aprēķinātu akumulatora jaudu (mAh), mums jāzina strāva mA un laiks stundā. Izstrādātā ķēde ir nemainīgas strāvas slodzes ķēde, tāpēc izlādes strāva paliek nemainīga visu pārbaudes laiku.

Izlādes strāvu var regulēt, nospiežot augšup un lejup vērsto pogu. Laika ilgumu mēra, izmantojot taimeri Arduino kodā.

4. solis: ķēdes izveidošana

Iepriekšējās darbībās esmu izskaidrojis katras ķēdes sastāvdaļu funkciju. Pirms lēkt, lai izveidotu pēdējo dēli, vispirms pārbaudiet ķēdi uz maizes dēļa. Ja shēma perfekti darbojas uz maizes dēļa, pārejiet pie prototipa plāksnes sastāvdaļu lodēšanas.

Es izmantoju 7cm X 5cm prototipa dēli.

Nano montāža: vispirms izgrieziet divas rindas sieviešu galviņas tapas ar 15 tapām katrā. Virsrakstu griešanai es izmantoju diagonālu knaibles. Pēc tam lodējiet galvenes tapas. Pārliecinieties, ka attālums starp abām sliedēm atbilst Arduino nano.

Montāža OLED displejs: izgrieziet sieviešu galviņu ar 4 tapām. Pēc tam lodējiet to, kā parādīts attēlā.

Spaiļu un sastāvdaļu montāža: Lodējiet atlikušās sastāvdaļas, kā parādīts attēlos.

Elektroinstalācija: izveidojiet vadu saskaņā ar shēmu. Elektroinstalācijas izgatavošanai es izmantoju krāsainus vadus, lai tos varētu viegli identificēt.

5. solis: OLED displejs

Lai parādītu akumulatora spriegumu, izlādes strāvu un jaudu, es izmantoju 0,96 collu OLED displeju. Tā izšķirtspēja ir 128x64, un saziņai ar Arduino tiek izmantota I2C kopne. Tiek izmantotas divas tapas SCL (A5), SDA (A4) Arduino Uno. komunikācijai.

Parametru parādīšanai izmantoju bibliotēku Adafruit_SSD1306.

Pirmkārt, jums ir jālejupielādē Adafruit_SSD1306. Pēc tam to instalēja.

Savienojumiem jābūt šādiem

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

6. darbība: brīdinājuma signāls

Lai sniegtu brīdinājumus testa sākuma un sacensību laikā, tiek izmantots pjezo skaņas signāls. Signālam ir divi termināļi, garākais ir pozitīvs, bet īsāks - negatīvs. Uz jaunā zumsera uzlīmes ir arī atzīme " +", kas norāda uz pozitīvo termināli.

Tā kā plates prototipam nav pietiekami daudz vietas, lai novietotu skaņas signālu, esmu pievienojis skaņas signālu pie galvenās shēmas plates, izmantojot divus vadus. Lai izolētu tukšo savienojumu, esmu izmantojis termiski saraušanās caurules.

Savienojumiem jābūt šādiem

Arduino skaņas signāls

D9 Pozitīvs terminālis

GND negatīvais terminālis

7. solis: atdalītāju uzstādīšana

Pēc lodēšanas un elektroinstalācijas uzstādiet atdalītājus 4 stūros. Tas nodrošinās pietiekamu attālumu lodēšanas savienojumiem un vadiem no zemes.

8. solis: PCB dizains

Es esmu uzzīmējis shēmu, izmantojot EasyEDA tiešsaistes programmatūru, pēc tam pārejot uz PCB izkārtojumu.

Visām shēmā pievienotajām sastāvdaļām jābūt tur, sakrautām viena virs otras, gatavas izvietošanai un novirzīšanai. Velciet komponentus, satverot to spilventiņus. Pēc tam ievietojiet to taisnstūra robežlīnijas iekšpusē.

Sakārtojiet visas sastāvdaļas tā, lai tāfele aizņemtu minimālu vietu. Jo mazāks plāksnes izmērs, jo lētākas būs PCB ražošanas izmaksas. Tas būs noderīgi, ja šai plāksnei ir daži montāžas caurumi, lai to varētu uzstādīt korpusā.

Tagad jums ir jāiet maršruts. Maršrutēšana ir visjautrākā visa šī procesa daļa. Tas ir tāpat kā atrisināt mīklu! Izmantojot izsekošanas rīku, mums ir jāsavieno visas sastāvdaļas. Jūs varat izmantot gan augšējo, gan apakšējo slāni, lai izvairītos no divu dažādu sliežu ceļu pārklāšanās un celiņu saīsināšanas.

Jūs varat izmantot zīda slāni, lai pie tāfeles pievienotu tekstu. Turklāt mēs varam ievietot attēla failu, tāpēc es pievienoju savas vietnes logotipa attēlu, kas tiks iespiests uz tāfeles. Galu galā, izmantojot vara laukuma rīku, mums ir jāizveido PCB zemes laukums.

Jūs to varat pasūtīt vietnē PCBWay.

Reģistrējieties PCBWay tūlīt, lai iegūtu 5 ASV dolāru kuponu. Tas nozīmē, ka jūsu pirmais pasūtījums ir bez maksas, tikai jums ir jāmaksā piegādes maksa.

Kad jūs veicat pasūtījumu, es saņemšu 10% ziedojumu no PCBWay par ieguldījumu manā darbā. Jūsu nelielā palīdzība var iedrošināt mani darīt vairāk lielisku darbu nākotnē. Paldies par sadarbību.

9. solis: samontējiet PCB

Lodēšanai jums būs nepieciešams pienācīgs lodāmurs, lodmetāls, knaibles un multimetrs. Laba prakse ir lodēt sastāvdaļas atbilstoši to augstumam. Vispirms pielodējiet mazāka augstuma komponentus.

Lai lodētu komponentus, varat veikt šādas darbības:

1. Izbīdiet detaļu kājas caur caurumiem un pagrieziet PCB uz muguras.

2. Turiet lodāmura galu pie spilventiņa un detaļas kājas savienojuma vietas.

3. Ievadiet lodmetālu savienojumā tā, lai tas plūst ap vadu un pārklātu spilventiņu. Kad tas ir tecējis visapkārt, pārvietojiet galu prom.

10. darbība: programmatūra un bibliotēkas

Vispirms lejupielādējiet pievienoto Arduino kodu. Pēc tam lejupielādējiet un instalējiet šādas bibliotēkas.

Bibliotēkas:

Lejupielādējiet un instalējiet šādas bibliotēkas:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

Kodā jums ir jāmaina šādas divas lietas.

1. Pašreizējo masīvu vērtības: to var izdarīt, savienojot multimetru virknē ar akumulatoru. Nospiediet augšupvērsto pogu un izmēriet strāvu, pašreizējās vērtības ir masīva elementi.

2. Vcc: Jūs izmantojat multimetru, lai izmērītu spriegumu pie Arduino 5V tapas. Manā gadījumā tas ir 4.96V.

Atjaunināts 20.11.2019

Jūs varat mainīt Low_BAT_Level vērtību kodā atbilstoši akumulatora ķīmijai. Labāk ir ņemt nelielu rezervi pār zemāk norādīto izslēgšanas spriegumu.

Šeit ir izlādes ātrumi un izslēgšanas spriegumi dažādām litija jonu akumulatoru ķīmijām:

1. Litija kobalta oksīds: izslēgšanas spriegums = 2,5 V pie 1C izlādes ātruma

2. Litija mangāna oksīds: izslēgšanas spriegums = 2,5 V pie 1C izlādes ātruma

3. Litija dzelzs fosfāts: izslēgšanas spriegums = 2,5 V pie 1C izlādes ātruma

4. Litija titanāts: izslēgšanas spriegums = 1,8 V pie 1C izlādes ātruma

5. Litija niķeļa mangāna kobalta oksīds: izslēgšanas spriegums = 2,5 V pie 1C izlādes ātruma

6. Litija niķeļa kobalta alumīnija oksīds: izslēgšanas spriegums = 3,0 V pie 1C izlādes ātruma

Atjaunināts 01.04.2020

jcgrabo, ieteica dažas izmaiņas sākotnējā dizainā, lai uzlabotu precizitāti. Izmaiņas ir uzskaitītas zemāk:

1. Pievienojiet precīzu atsauci (LM385BLP-1.2) un pievienojiet to A1. Iestatīšanas laikā nolasiet tā vērtību, kas, kā zināms, ir 1,215 volti, un pēc tam aprēķiniet Vcc, tādējādi novēršot nepieciešamību izmērīt Vcc.

2. Nomainiet 1 omu 5% rezistoru ar 1 omu 1% jaudas rezistoru, tādējādi samazinot kļūdas, kas ir atkarīgas no pretestības vērtības.

3. Tā vietā, lai katrā pašreizējā solī izmantotu fiksētu PWM vērtību kopu (ar soli 5), izveidojiet vēlamo strāvas vērtību masīvu, kas tika izmantots, lai aprēķinātu nepieciešamās PWM vērtības, lai šīs pašreizējās vērtības sasniegtu pēc iespējas tuvāk. Viņš sekoja tam, aprēķinot faktiskās pašreizējās vērtības, kas tiks sasniegtas ar aprēķinātajām PWM vērtībām.

Apsverot iepriekš minētās izmaiņas, viņš pārskatīja kodu un kopīgoja to komentāru sadaļā. Pārskatītais kods ir pievienots zemāk.

Liels paldies jcgrabo par jūsu vērtīgo ieguldījumu manā projektā. Es ceru, ka šis uzlabojums būs noderīgs daudziem citiem lietotājiem.

11. solis. Secinājums

Lai pārbaudītu ķēdi, vispirms es uzlādēju labu Samsung 18650 akumulatoru, izmantojot savu ISDT C4 lādētāju. Pēc tam pievienojiet akumulatoru akumulatora spailei. Tagad iestatiet strāvu atbilstoši savām prasībām un ilgi nospiediet pogu "UP". Tad jums vajadzētu dzirdēt pīkstienu un sākas pārbaudes procedūra. Pārbaudes laikā jūs uzraudzīsiet visus OLED displeja parametrus. Akumulators izlādējas, līdz tā spriegums sasniedz zema līmeņa slieksni (3,2 V). Pārbaudes process tiks pabeigts ar diviem gariem pīkstieniem.

Piezīme: Projekts joprojām ir izstrādes stadijā. Jūs varat pievienoties man, lai veiktu uzlabojumus. Rakstiet komentārus, ja ir kādas kļūdas vai kļūdas. Es projektēju PCB šim projektam. Uzturiet savienojumu, lai uzzinātu vairāk par projektu.

Ceru, ka mana apmācība ir noderīga. Ja jums patīk, neaizmirstiet padalīties:) Abonējiet, lai iegūtu vairāk DIY projektu. Paldies.