Батарея кубаттуулугун текшерүүчү Arduino аркылуу [Литий-NiMH-NiCd]: 15 кадам (Сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:39

Өзгөчөлүктөрү:

• Жасалма литий-ион/литий-полимер/NiCd/NiMH батареясын аныктоо
• Жөнгө салынуучу туруктуу ток (ошондой эле колдонуучу тарабынан өзгөртүлүшү мүмкүн)
• Аккумулятордун дээрлик бардык түрүнүн кубаттуулугун өлчөөгө жөндөмдүү (5Вдан төмөн)
• Жаңыдан баштагандар үчүн да ширетүүгө, курууга жана колдонууга оңой (бардык компоненттери чумкуу)
• LCD колдонуучу интерфейси

Мүнөздөмөлөр:

• Board Supply: 7V to 9V (Max)
• Батарея киргизүү: 0-5V (макс)-эч кандай тескери полярдык туруктуу
• Учурдагы жүктөө: 37mAдан 540mAга чейин (максимум) - 16 кадам - колдонуучу тарабынан өзгөртүлүшү мүмкүн

Батарейканын кубаттуулугун чыныгы өлчөө көптөгөн сценарийлер үчүн абдан маанилүү. Кубаттуулукту өлчөөчү аппарат жасалма батареяларды табуу маселесин чече алат. Бүгүнкү күндө жасалма литий жана NiMH батареялары жарнакталган кубаттуулуктарына жооп бербеген бардык жерде бар. Кээде чыныгы жана жасалма батареяны айырмалоо кыйын. Бул көйгөй уюлдук телефондордун батареялары сыяктуу запастык батареялар рыногунда бар. Мындан тышкары, көптөгөн сценарийлерде экинчи колдогу батарейканын кубаттуулугун аныктоо зарыл (мисалы, ноутбуктун батареясы). Бул макалада биз белгилүү Arduino-Nano тактасын колдонуу менен батареянын кубаттуулугун өлчөө схемасын түзүүнү үйрөнөбүз. Мен чөмүлүү компоненттери үчүн ПХБ тактасын иштеп чыктым. Ошентип, ал тургай, башталгычтар ширетип жана аппаратты колдоно алышат.

1: Райондук анализ Сүрөт 1 түзмөктүн схемасын көрсөтөт. Райондун өзөгү-Arduino-Nano тактасы.

1 -кадам: 1 -сүрөт, Батарея кубаттуулугун өлчөөчү түзүлүштүн схемасы

IC1 - бул LM358 [1] чипи, анда эки иштөөчү күчөткүч бар. R5 жана C7 PWM импульсун туруктуу чыңалууга айландыруучу аз өтмө чыпканы курушат. PWM жыштыгы 500 Гц тегерегинде. Мен Siglent SDS1104X-E осциллографын PWMди жана чыпканын жүрүм-турумун текшерүү үчүн колдондум. Мен CH1ди PWM чыгаруусуна (Arduino-D10) жана CH2ди чыпканын чыгуусуна туташтырдым (Figure 2). SDS1104X-Eнин эң сонун киргизилген өзгөчөлүктөрүнүн бири болгон фильтрдин жыштыгын жана анын кесилген жыштыгын "практикада" текшере аласыз.

2-кадам: Figure 2, PWM сигналы (CH1: 2V/div) жана R5-C7 RC чыпкасынан өткөндөн кийинки жыйынтык (CH2: 50mV/div)

R5 - бул токту чектеген 1M каршылыгы, бирок чыпканын чыгышы опамп аркылуу өтөт (IC1дин экинчи опамы), чыңалуунун жолдоочусунун конфигурациясында. IC1, R7 жана Q2 биринчи опамдары туруктуу токтун жүгүртүү схемасын түзүшөт. Буга чейин, биз PWM башкарылуучу туруктуу токту түздүк.

Колдонуучу интерфейси катары 2*16 ЖК колдонулат, ал көзөмөлдөөнү/жөндөөнү жеңилдетет. R4 потенциометр LCD контрастын орнотот. R6 арткы жарык агымын чектейт. P2 - бул 5В ызылдагычты туташтыруу үчүн колдонулган 2 пинтүү Molex туташтыргычы. R1 жана R2 тийүү өчүргүчтөрү үчүн тартма каршылыктар. C3 жана C4 баскычтарды чыгаруу үчүн колдонулат. C1 жана C1 чынжыр чыңалуусун чыпкалоо үчүн колдонулат. C5 жана C6 ADC конверсиянын иштешин начарлатпоо үчүн туруктуу токтун чыңалуусун чыңдоо үчүн колдонулат. R7 Q2 MOSFET үчүн жүк катары иштейт.

1-1: туруктуу токтун туруктуу жүктөмү деген эмне?

Туруктуу токтун жүктөлүшү - бул колдонулган киргизүү чыңалуусу өзгөрүп турса дагы, дайыма туруктуу көлөмдөгү сызык. Мисалы, биз туруктуу токтун жүгүн электр менен камсыздоого туташтырып, токту 250мАга койсок, кирүү чыңалуусу 5В же 12В же башка болсо дагы өзгөрбөйт. Туруктуу токтун жүгүртүү схемасынын бул өзгөчөлүгү бизге батареянын кубаттуулугун өлчөөчү аппаратты курууга мүмкүндүк берет. Эгерде биз батарейканын кубаттуулугун өлчөө үчүн жүк катары жөнөкөй резисторду колдонсок, анда батареянын чыңалуусу азайган сайын, ток да азаят, бул эсептөөлөрдү татаал жана так эмес кылат.

2: PCB Board

Figure 3 схеманын иштелип чыккан PCB макетин көрсөтөт. Тактайдын эки тарабы компоненттерди орнотуу үчүн колдонулат. Мен схемалык/ПХБ долбоорлоону ойлогондо, мен ар дайым SamacSys компонентинин китепканаларын колдоном, анткени бул китепканалар IPC өнөр жай стандарттарына ылайык келет жана бардыгы бекер. Мен бул китепканаларды IC1 [2], Q2 [3] үчүн колдондум, ал тургай мен Arduino-Nano (AR1) [4] китепканасын таба алдым, бул дизайн убактысынан көп үнөмдөдү. Мен Altium Designer CAD программасын колдоном, андыктан Altium плагинин компоненттердин китепканаларын орнотуу үчүн колдондум [5]. Figure 4 тандалган компоненттерди көрсөтөт.

3 -кадам: Figure 3, Батарея кубаттуулугун өлчөө Райондун PCB Board

Мен схемалык/ПХБ долбоорлоону ойлогондо, мен ар дайым SamacSys компонентинин китепканаларын колдоном, анткени бул китепканалар IPC өнөр жай стандарттарына ылайык келет жана бардыгы бекер. Мен бул китепканаларды IC1 [2], Q2 [3] үчүн колдондум, ал тургай мен Arduino-Nano (AR1) [4] китепканасын таба алдым, бул дизайн убактысынан көп үнөмдөдү. Мен Altium Designer CAD программасын колдоном, андыктан Altium плагинин компоненттердин китепканаларын орнотуу үчүн колдондум [5]. Figure 4 тандалган компоненттерди көрсөтөт.

4 -кадам: 4 -сүрөт, SamacSys Altium плагининен орнотулган компоненттер

PCB тактасы 3*тийүү баскычтарына туура келген 2*16 ЖКдан бир аз чоңураак. Фигуралар 5, 6 жана 7 тактайдын 3D көрүнүшүн көрсөтөт.

5 -кадам: 5 -сүрөт: Чогулган ПХБ тактасынын 3D көрүнүшү (TOP), 6 -сүрөт: Чогулган ПХБ тактасынын 3D көрүнүшү (капталында), 7 -сүрөт: Куралган ПХБ тактасынын 3D көрүнүшү (асты)

3: Ассамблея жана TestI тез прототипти куруу жана схеманы текшерүү үчүн жарым үйдө жасалган ПХБ тактасын колдонгон. Сүрөт 8 тактайдын сүрөтүн көрсөтөт. Сиз мени ээрчүүнүн кажети жок, жөн гана профессионалдык ПХБ өндүрүүчү компанияга ПКБга буйрук бериңиз жана түзмөктү куруңуз. Сиз R4 үчүн туруктуу потенциометрдин түрүн колдонушуңуз керек, ал такта тараптан ЖК контрастын тууралоого мүмкүндүк берет.

6-кадам: Figure 8: Биринчи прототиптин сүрөтү, жарым үйдө жасалган ПХБ тактасында

Компоненттерди ширетип, сыноо шарттарын даярдагандан кийин, биз өз схемабызды сынап көрүүгө даярбыз. MOSFETке чоң радиаторду орнотууну унутпаңыз (Q2). Мен R7ди 3 омдук резистор деп тандадым. Бул бизге 750мАга чейин туруктуу агымдарды түзүүгө мүмкүндүк берет, бирок коддо мен максималдуу токту 500мАнын тегерегине коюп койдум, бул биздин максатка жетет. Резистордун маанисин төмөндөтүү (мисалы, 1,5-омго чейин) жогорку агымдарды жаратышы мүмкүн, бирок сиз күчтүү резисторду колдонуп, Arduino кодун өзгөртүшүңүз керек. 9 -сүрөттө такта жана анын тышкы зымдары көрсөтүлгөн.

7 -кадам: Figure 9: Батарея кубаттуулугун өлчөөчү түзүлүштүн зымдары

Жеткирүү киришине 7Вдан 9Вга чейинки нерсенин чыңалуусун даярдаңыз. Мен +5V рельсин жасоо үчүн Arduino тактасынын жөнгө салуучусун колдондум. Ошондуктан, эч качан 9Вдан жогору чыңалууну берүүнүн киришине колдонбоңуз, антпесе жөнгө салуучу чипке зыян келтиришиңиз мүмкүн. Такта иштей баштайт жана сиз ЖКда 10-сүрөттөгүдөй текстти көрүшүңүз керек. Эгерде сиз 2*16 ЖК көгүлтүр жарык колдонсоңуз, схема 75мАнын тегерегинде жалмап кетет.

8-кадам: Сүрөт 10: ЖКдагы туура микротолкунду иштетүү көрсөткүчү

Болжол менен 3 секунддан кийин, текст тазаланат жана кийинки экранда, сиз туруктуу/учурдагы маанини өйдө/ылдый басуу баскычтары менен жөндөй аласыз (Figure 11).

9-кадам: Figure 11: Up/Down баскычтары менен Туруктуу Учурдагы Жүктү тууралоо

Батареяны түзмөккө туташтыруудан жана анын кубаттуулугун өлчөөдөн мурун, электр менен камсыздоону колдонуп, чынжырды текшере аласыз. Бул үчүн, P3 туташтыргычын электр булагына туташтыруу керек.

Маанилүү: Батарейканын киришине эч качан 5Вдан жогору же тескери полярдык чыңалууну колдонбоңуз, антпесе сиз Arduino санариптик конвертерине биротоло зыян келтиресиз

Каалаган учурдагы чекти коюңуз (мисалы, 100мА) жана электр менен камсыздоо чыңалууңуз менен ойноңуз (5Вдан төмөн болуңуз). Ар кандай кирүү чыңалуусунан көрүнүп тургандай, учурдагы агым өзгөрүүсүз бойдон калууда. Дал ушул биз каалагандай! (Figure 12).

10 -кадам: 12 -сүрөт: Учурдагы агым чыңалуу вариацияларынын алдында да туруктуу бойдон калууда (4.3V жана 2.4V киргизүү менен сыналган)

Үчүнчү баскыч-бул баштапкы абалга келтирүү. Бул тактанын кайра башталганын билдирет. Башка майды сыноо үчүн процедураны кайра баштоону пландасаңыз пайдалуу болот.

Кандай болбосун, эми сиз түзмөгүңүздүн кемчиликсиз иштегенине ишенесиз. Сиз электр менен камсыздоону ажыратып, батарейканы батарейканын киришине туташтырып, керектүү учурдагы чекти орното аласыз.

Өзүмдүн тестимди баштоо үчүн, мен жаңы 8, 800мА литий-иондук батареяны тандадым (Figure 13). Бул фантастикалык чен окшойт, туурабы ?! Бирок мен буга кандайдыр бир түрдө ишене албайм:-), андыктан аны сынап көрөлү.

11-кадам: 13-сүрөт: 8, 800mA рейтинги бар литий-иондук батарея, реалдуубу же жасалма ?

Литий батареясын тактага туташтыруудан мурун, биз аны кубатташыбыз керек, андыктан 4.20В (500мА CC чеги же андан төмөн) энергия менен камсыз кылыңыз (мисалы, мурунку макалада өзгөрмөлүү электр энергиясын колдонуу менен) жана кубаттаңыз батарея учурдагы агымдын төмөнкү деңгээлине жеткенге чейин. Белгисиз батареяны жогорку ток менен заряддабаңыз, анткени биз анын реалдуу кубаттуулугуна ишенбейбиз! Жогорку кубаттоочу агымдар батареяны жардырышы мүмкүн! Абайла. Натыйжада, мен бул процедураны аткардым жана 8, 800mA батареябыз кубаттуулукту өлчөөгө даяр.

Батареяны тактага туташтыруу үчүн батарейка кармагычты колдондум. Төмөн каршылык көрсөтүүчү коюу жана кыска зымдарды колдонгонуңузду текшериңиз, анткени зымдарда электр энергиясынын таралышы чыңалуунун төмөндөшүнө жана так эместикке алып келет.

Келгиле, токту 500мАга коюп, "UP" баскычын көпкө басалы. Андан кийин сиз бипти угушуңуз керек жана процедура башталат (Figure 14). Мен чыңалуу чыңалуусун (батарейканын аз босогосун) 3.2В деп койдум. Кааласаңыз, бул чекти коддон өзгөртө аласыз.

12 -кадам: Figure 14: Батарея кубаттуулугун эсептөө тартиби

Негизинен, биз батарейканын "иштөө мөөнөтүн" анын чыңалуусу эң төмөнкү чекке жеткенге чейин эсептешибиз керек. Сүрөт 15 түзмөктүн батарейкадан DC жүктөмүн ажыраткан убактысын көрсөтөт (3.2V) жана эсептөөлөр жүргүзүлөт. Түзмөк процедуранын аяктаганын көрсөтүү үчүн эки узун сигналды чыгарат. ЖК экранда көрүнүп тургандай, чыныгы батарейканын сыйымдуулугу 1, 190 мАч, бул билдирилген кубаттуулуктан алыс! Сиз кандайдыр бир батарейканы сыноо үчүн ошол эле процедураны аткарсаңыз болот (5Вдан төмөн).

13-кадам: Figure 15: 8.800mA Rated Lithium-ion Battery чыныгы эсептелген кубаттуулугу

Figure 16 бул схема үчүн материалдардын эсебин көрсөтөт.

14 -кадам: Figure 16: Материалдар Билл

15 -кадам: Шилтемелер

Макала булагы:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: