Санариптик батарея менен иштөөчү күч: 7 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:42

Сиз качандыр бир убакта дубал розеткасы болбосо да, жолдо колдоно турган кубаттуулукту кааладыңыз беле? Жана бул абдан так, санарип жана ЖК аркылуу башкарылса сонун болмок эмес беле?

Бул көрсөтмөдө мен сизге так муну кантип курууну көрсөтөм: санарип батарея менен иштейт, бул ардуиного шайкеш келет жана USB аркылуу PC аркылуу башкарылат.

Бир аз убакыт мурун мен эски ATX PSUдан кубаттуулукту түздүм жана ал сонун иштеп жатканда, мен санариптик кубаттуулук менен оюнумду күчөткүм келди. Жогоруда айтылгандай, ал батарейкалар менен иштейт (так 2 литий клеткасы), ал 1 А максимум 20 В жеткире алат; Бул так ыйгарым укуктарды талап кылган долбоорлорумдун көбү үчүн көп.

Мен бүт дизайн процессин көрсөтөм, жана бардык проект файлдарын GitHub баракчамдан тапса болот:

Кел, баштайлы!

1 -кадам: Өзгөчөлүктөрү жана баасы

Өзгөчөлүктөрү

• Туруктуу чыңалуу жана туруктуу ток режимдери
• Электр энергиясынын таралышын азайтуу үчүн ызы -чуусуз жөнгө салуучуну колдонот.
• Долбоордун жеткиликтүүлүгүн камсыз кылуу үчүн колго өткөрүлүүчү компоненттерди колдонуу
• ATMEGA328P менен иштейт, Arduino IDE менен программаланган
• Микро USB аркылуу Java тиркемеси аркылуу PC байланыш
• 2 корголгон 18650 литий -ион клеткасы менен иштейт
• BNC адаптерлери менен шайкештик үчүн 18 мм аралыкта банан штепсельдери

Мүнөздөмөлөр

• 0 - 1А, 1 мА кадамдар (10 бит DAC)
• 0 - 20В, 20 мВ кадамдар (10 бит DAC) (чыныгы 0В иштөө)
• Voltage өлчөө: 20 mV токтому (10 бит ADC)

• Учурдагы өлчөө:

  • <40mA: 10uA токтому (ina219)
  • <80mA: 20uA токтому (ina219)
  • <160mA: 40uA токтому (ina219)
  • <320mA: 80uA токтому (ina219)
  • > 320mA: 1мА токтому (10 бит ADC)

Баасы

Толук ыйгарым укуктар мага 135 доллардын тегерегинде болду, бардык бир жолку компоненттери менен. Батареялар эң кымбат бөлүгү (2 клетка үчүн 30 доллар), анткени алар 18650 литий клеткалары менен корголгон. Эч кандай батареянын иштөөсү талап кылынбаса, бааны кыйла төмөндөтүүгө болот. Батареяларды жана заряддоо схемасын калтыруу менен, баасы болжол менен 100 долларга чейин түшөт. Бул кымбат көрүнгөнү менен, кубаттуулуктар азыраак аткаруу жана өзгөчөлүктөр менен көп учурда андан кымбат турат.

Эгерде сиз ebay же aliexpressтен компоненттериңизге заказ кылгыңыз келбесе, анда батарейкалардын баасы 100 долларга чейин түшөт, ансыз 70 доллар. Бөлүктөрдүн кириши үчүн көп убакыт талап кылынат, бирок бул жарактуу вариант.

2 -кадам: Схема жана иштөө теориясы

Райондун ишин түшүнүү үчүн биз схеманы карап көрүшүбүз керек. Мен аны функционалдык блокторго бөлдүм, аны түшүнүү оңойураак; Мен ошону менен бирге операцияны этап -этабы менен түшүндүрөм. Бул бөлүк абдан терең жана жакшы электроника билимин талап кылат. Эгер сиз чынжырды кантип курууну билгиңиз келсе, кийинки кадамга өтсөңүз болот.

Негизги блок

Операция LT3080 чипинин тегерегинде негизделген: бул контролдук сигналга негизделген чыңалууну басаңдата турган сызыктуу чыңалуу жөндөгүчү. Бул башкаруу сигналы микроконтроллер тарабынан өндүрүлөт; бул кантип жасалат, кийинчерээк кеңири түшүндүрүлөт.

Voltage жөндөө

LT3080 тегерегиндеги схема тиешелүү башкаруу сигналдарын жаратат. Биринчиден, биз чыңалуу кантип орнотулганын карап чыгабыз. Микроконтроллердин чыңалуусу - бул PWM сигналы (PWM_Vset), ал аз өтмө чыпка (C9 & R26) аркылуу чыпкаланат. Бул аналогдук чыңалууну өндүрөт - 0 менен 5 В ортосунда - керектүү чыгуучу чыңалууга пропорционалдуу. Биздин чыгаруу диапазону 0 - 20 В болгондуктан, биз бул сигналды 4 эсе көбөйтүшүбүз керек болот. Орнотулган пинге киреше R23 // R24 // R25 жана R34 менен аныкталат. Бул резисторлор каталарды азайтуу үчүн 0,1% чыдамдуу. R39 жана R36 бул жерде эч кандай мааниге ээ эмес, анткени алар кайтарым байланыштын бир бөлүгү.

Учурдагы жөндөө

Бул орнотулган пинди экинчи жөндөө үчүн да колдонсо болот: учурдагы режим. Биз учурдагы чүчүкулакты өлчөп, бул керектүү токтон ашып кетсе, өндүрүштү өчүргүбүз келет. Ошондуктан, биз микроконтроллер тарабынан түзүлгөн PWM сигналы (PWM_Iset) менен кайра баштайбыз, ал азыр төмөн өткөргүчтөн чыпкаланган жана 0 - 5 В диапазонунан 0 - 2 В диапазонуна өтүү үчүн жумшартылган. Бул чыңалуу азыр opamp U3D салыштырмалуу конфигурациясы менен учурдагы маанидеги резистордун чыңалуусунун төмөндөшүнө (ADC_Iout, төмөндө караңыз) салыштырылат. Эгерде ток өтө жогору болсо, анда бул LEDди күйгүзөт, ошондой эле LT3080дин белгиленген линиясын жерге (Q2 аркылуу) тартып, чыгарууну өчүрөт. Учурдагы өлчөө жана ADC_Iout сигналын түзүү төмөнкүчө жүргүзүлөт. Чыгуу ток R7 - R16 каршылыгы аркылуу агат. Бул жалпы 1 ом; Биринчи кезекте 1Рди колдонбоонун себеби эки эсе: 1 резистордун кубаттуулугу жогору болушу керек (ал жок дегенде 1 Вт таркатылышы керек), жана параллелдүү түрдө 10% резисторлорду колдонуу менен биз жогорку тактыкты алабыз. жалгыз 1 % каршылык менен. Бул эмне үчүн бул жерде иштээри жөнүндө жакшы видеону бул жерден тапса болот: https://www.youtube.com/embed/1WAhTdWErrU&t=1s Ток ушул резисторлор аркылуу өткөндө, биз чыңалуунун төмөндөшүн жаратат, аны биз өлчөй алабыз жана ал LT3080 алдына коюлган, анткени анын чыңалуусунун төмөндөшү чыгыш чыңалуусуна таасир этпеши керек. Чыңалуунун төмөндөшү дифференциалдык күчөткүч (U3B) менен 2 чен менен өлчөнөт. Бул 0 - 2 В чыңалуу диапазонуна алып келет (бул тууралуу кийинчерээк), демек, токтун PWM сигналындагы чыңалуу бөлүштүргүч. Буфер (U3A) R21, R32 жана R33 резисторлоруна агып жаткан ток учурдагы сезүү резисторунан өтпөй турганын текшерүү үчүн бар, бул анын окулушуна таасирин тийгизет. Ошондой эле бул темир жолдон опампа болушу керек экенин эске алыңыз, анткени оң кириште киргизүү чыңалуусу камсыздоо чыңалуусуна барабар. Тескери эмес күчөткүч курсту өлчөө үчүн гана, бирок так өлчөөлөр үчүн бизде бортунда INA219 чипи бар. Бул чип бизге өтө кичинекей агымдарды өлчөөгө мүмкүндүк берет жана I2C аркылуу чечилет.

Кошумча нерселер

LT3080 чыгарууда бизде дагы бир нерселер бар. Биринчиден, учурдагы раковина (LM334) бар. Бул LT3080 стабилдештирүү үчүн 677 uA (R41 каршылыгы тарабынан коюлган) туруктуу токту тартат. Бирок ал жерге туташкан эмес, тескерисинче VEEге терс чыңалуу. Бул LT3080дин 0 В.га чейин иштешине мүмкүнчүлүк берүү үчүн керек, жерге туташканда эң төмөнкү чыңалуу 0,7 В жөнүндө болмокчу. Zener диод D3, эгерде ал 22 В жогору чыкса, анда чыңалуу чыңалуусун кысуу үчүн колдонулат, жана резистор бөлүштүргүч 0дөн 20 В чейин 0 - 2 В (ADC_Vout) чейин чыңалуу диапазонун түшүрөт. Тилекке каршы, бул микросхемалар LT3080 өчүрүүдө, демек, алардын агымы биз өлчөгүбүз келген өндүрүш агымына салым кошот. Бактыга жараша, чыңалуу туруктуу бойдон калса, бул агымдар туруктуу; Ошентип, биз жүктү биринчи ажыратканда токту калибрлей алабыз.

Заряд насосу

Биз жогоруда айткан терс чыңалуу кичинекей бир кызыксыз схема аркылуу пайда болот: заряд насосу. Анын иштеши үчүн мен бул жерге кайрылмакмын: https://www.youtube.com/embed/1WAhTdWErrU&t=1s Бул микроконтроллердин 50% PWMи менен азыктанат (PWM)

Boost Converter

Эми негизги блогубуздун кирүү чыңалуусун карап көрөлү: Vboost. Биз 8 - 24V экенин көрөбүз, бирок күтө туруңуз, 2 литий клеткасы сериядагы 8.4 В максимумду берет? Чынында эле, ошондуктан биз чыңалууну күчөтүүбүз керек, аны тездетүүчү деп аталат. Биз каалаган чыңалуубузду 24 В чейин көтөрө алмакпыз, биз каалаган өндүрүштү каалабайбыз; бирок, бул LT3080де көп энергияны текке кетирет жана нерселер кызып калат! Ошентип, муну кылуунун ордуна, биз чыңалууну чыгаруу чыңалуусунан бир аз көбүрөөк жогорулатабыз. Болжол менен 2,5 В жогору, учурдагы маанидеги резистордун чыңалуусун жана LT3080дин түшүү чыңалуусун эске алуу туура. Чыңалуу күчөткүчтөрдүн чыгыш сигналына резисторлор тарабынан коюлат. Бул чыңалууну тез арада өзгөртүү үчүн биз SPI аркылуу башкарылуучу MCP41010 санарип потенциометрин колдонобуз.

Батарея кубатталууда

Бул бизди реалдуу киргизүү чыңалуусуна алып барат: батареялар! Биз корголгон ячейкаларды колдонгондуктан, аларды жөн гана серияга коюу керек жана биз бүттүк! Бул жерде корголгон клеткаларды колдонуу, клеткалардын ашыкча агып кетүүсүнөн же ашыкча төгүлүшүнөн жана ошону менен зыян келтирүүдөн сактануу маанилүү. Дагы, биз батареянын чыңалуусун өлчөө үчүн чыңалуу бөлүштүргүчтү колдонобуз жана аны колдонулуучу диапазонго түшүрөбүз. Эми кызыктуу бөлүгүнө өтөлү: заряддоо схемасы. Биз BQ2057WSN чипин ушул максатта колдонобуз: TIP32CG менен айкалыштырып, ал негизинен линиялык кубаттуулуктун өзүн түзөт. Бул чип клеткаларды тиешелүү CV CC траекториясы аркылуу заряддайт. Менин батарейкаларымда температура иликтөөчү жок болгондуктан, бул киргизүү батареянын чыңалуусунун жарымына байланган болушу керек. Бул кубаттуулуктун чыңалуусун жөнгө салуу бөлүгүн жыйынтыктайт.

5V жөндөгүч

Ардуинонун 5 В камсыздоо чыңалуусу бул жөнөкөй чыңалуу жөндөгүчү менен жасалат. Бул эң так 5 В чыгаруу эмес, бирок бул төмөндө чечилет.

2.048 V чыңалуусуна шилтеме

Бул кичинекей чип 2.048 В чыңалуусуна абдан так маалымат берет. Бул аналогдук сигналдар үчүн колдонулат ADC_Vout, ADC_Iout, ADC_Vbatt. Бул сигналдарды 2 Вге түшүрүү үчүн бизге чыңалуу бөлүштүргүчтөрү керек эле. Микроконтроллер Бул долбоордун мээси ATMEGA328P, бул Arduino Unoдо колдонулган чип. Биз буга чейин эле көпчүлүк башкаруу сигналдарын басып өттүк, бирок ошентсе да кээ бир кызыктуу толуктоолор бар. Ротари коддогучтар ардуинонун 2 гана тышкы үзгүлтүккө туташтырылган: PD2 жана PD3. Бул ишенимдүү программалык камсыздоону ишке ашыруу үчүн керек. Астындагы өчүргүчтөр ички тартылуу каршылыгын колдонушат. Андан кийин потенциометрдин (Pot) чип тандоо линиясында бул таң калыштуу чыңалуу бөлүштүргүч бар. Чыгыштагы чыңалуу бөлүштүргүч, бул эмне үчүн жакшы; деп айта аласыз. Мурда да айтылгандай, 5 В менен камсыздоо терибблик жактан так эмес. Муну так өлчөө жана PWM сигналынын иштөө циклин ошого жараша тууралоо жакшы болмок. Бирок менде боштуктар жок болгондуктан, эки эсе көп иштөө керек болчу. Күч камсыздоосу жүктөлгөндө, бул пин алгач кирүү катары коюлат: ал жеткирүүчү темир жолду өлчөйт жана өзүн калибрлейт. Андан кийин, ал чыгаруу катары коюлат жана ал чип тандоо линиясын айдай алат.

Дисплей айдоочусу

Дисплей үчүн мен жалпыга жеткиликтүү жана арзан - hitachi lcd экранын кааладым. Алар 6 төөнөгүч менен башкарылат, бирок менде эч кандай казык калбагандыктан, мага башка чечим керек болду. Сменалык реестр куткарууга! 74HC595 мага дисплейди көзөмөлдөө үчүн SPI линиясын колдонууга мүмкүндүк берет, ошондуктан 1 кошумча чип тандоо линиясына муктаж.

FTDI

Бул ыйгарым укуктун акыркы бөлүгү - таш боор, тышкы дүйнө менен байланыш. Бул үчүн биз сериялык сигналдарды USB сигналдарына айландырышыбыз керек. Бул оңой туташуу үчүн микро USB портуна туташкан FTDI чипи тарабынан жасалат.

Жана мунун баары бар!

3 -кадам: PCB & Электроника

Эми биз схеманын кантип иштээрин түшүнүп, аны курууга кирише алабыз! Сиз жөн гана PCBге сүйүктүү өндүрүүчүңүздөн заказ берсеңиз болот (кендин баасы 10 доллардын тегерегинде), gerber файлдарын менин GitHub сайтымыздан, материалдардын эсеби менен бирге табууга болот. ПХБны чогултуу, негизинен, жибек экраны менен материалдардын эсебине ылайык, компоненттерди ширетүү маселеси.

Биринчи кадам SMD компоненттерин ширетүү. Алардын көбү FTDI чипинен жана микро USB туташтыргычынан башка кол менен жасоо оңой. Ошондуктан, сиз ошол 2 компонентти өзүңүздүн ширетүүдөн алыс болуп, анын ордуна FTDI сындыруучу тактасын колдоно аласыз. Мен баштык төөнөгүчтөрдү бердим, аларды мында ширетүүгө болот.

SMD иши бүткөндөн кийин, тешик компоненттери аркылуу баарына өтсөңүз болот. Булар абдан жөнөкөй. Чиптер үчүн, тактайчаларга такай ширетүүнүн ордуна, розеткаларды колдонууну каалашыңыз мүмкүн. Ардуино жүктөөчүсү менен ATMEGA328P колдонгонуңуз дурус, антпесе аны ICSP аталышын колдонуп жүктөөңүз керек болот (бул жерде көрсөтүлгөн).

Бир аз көбүрөөк көңүл бурууну талап кылган бир гана бөлүк - бул lcd экраны, анткени ал бурчта орнотулушу керек. Пластикалык бөлүк экрандын ылдый жагын каратып, ага эркек бурчтуу баштарды ээрчиңиз. Бул экранды pcbге жакшы жайгаштырууга мүмкүндүк берет. Андан кийин, ал башка тешик тетиктери сыяктуу эле жерде да ширетилиши мүмкүн.

Болгону 2 зымды кошуу калды, алар алдыңкы плитанын банан терминалдарына туташат.

4 -кадам: Case & Assembly

Жасалган PCB менен, биз ишке өтүшүбүз мүмкүн. Мен бул гамондун айланасында ПХБны атайын иштеп чыккам, андыктан башка корпусту колдонуу сунушталбайт. Бирок, сиз дайыма бирдей өлчөмдөгү корпусту 3D басып чыгара аласыз.

Биринчи кадам-акыркы панелди даярдоо. Биз бурамалар, өчүргүчтөр жана башкалар үчүн кээ бир тешиктерди бурушубуз керек болот. Мен муну колум менен жасадым, бирок эгерде CNCге кирүү мүмкүнчүлүгү болсо, анда бул такыраак чечим болмок. Мен тешиктерди схемага ылайык жасап, бурама тешиктерди таптадым.

Азыр жибек блокнотторду кошуп, кичине тамчы супер клей менен кармап турууңуз жакшы. Булар дагы LT3080 жана TIP32ди такталардан обочолонтуп, ошол эле учурда жылуулук өткөрүүгө мүмкүндүк берет. Аларды унутпаңыз! Чиптерди арткы панелге сайганда, изоляцияны камсыз кылуу үчүн слюда жуугучту колдонуңуз!

Эми биз алдыңкы панелге көңүл бура алабыз, ал жөн эле жылып турат. Эми биз банан джекстерин жана айлануучу коддогучтардын баскычтарын кошо алабыз.

Эки панелди тең орноткондон кийин, биз азыр жыйынды корпуска салып, батареяларды кошуп, баарын жаба алабыз. Корголгон батареяларды колдонгонуңузду текшериңиз, клеткалардын жарылышын каалабайсыз!

Бул жерде жабдык жасалды, эми программалык камсыздоонун жардамы менен ага бир аз өмүр кошуу калды!

5 -кадам: Arduino коду

Бул долбоордун мээси ATMEGA328P, биз аны Arduino IDE менен программалайбыз. Бул бөлүмдө мен коддун негизги операциясын өтөм, чоо -жайын коддун ичиндеги комментарийлерден тапса болот.

Код негизинен бул кадамдар аркылуу өтөт:

1. Javaдан сериялык маалыматтарды окуу
2. Сурамжылоо баскычтары
3. Чыңалуусун өлчөө
4. Токту өлчөө
5. INA219 менен токту өлчөгүлө
6. Javaга сериялык маалыматтарды жөнөтүү
7. Boostconvertor конфигурациялоо
8. Батарея зарядын алыңыз
9. Экранды жаңыртуу

Ротари коддогучтар мүмкүн болушунча жооп бериши үчүн үзгүлтүккө учуроо кызматы менен иштешет.

Эми кодду тактага микро USB порту аркылуу жүктөөгө болот (эгер чипте жүктөгүч болсо). Такта: Arduino pro же pro мини Программист: AVR ISP / AVRISP MKII

Эми биз Arduino менен ЖКнын ортосундагы өз ара аракеттенүүнү карай алабыз.

6 -кадам: Java коду

Маалыматтарды каттоо жана компьютер аркылуу кубаттуулукту көзөмөлдөө үчүн мен java тиркемесин жасадым. Бул бизге GUI аркылуу тактаны оңой башкарууга мүмкүндүк берет. Arduino кодундагыдай эле, мен майда -чүйдөсүнө чейин токтолбойм, бирок сереп берем.

Биз баскычтар, текст талаалары ж.б. менен терезе жасоо менен баштайбыз; негизги GUI нерселери.

Эми кызыктуу бөлүгү келет: USB портторун кошуу, мен ал үчүн jSerialComm китепканасын колдондум. Порт тандалгандан кийин, java келген маалыматтарды угат. Биз ошондой эле түзмөккө маалыматтарды жөнөтө алабыз.

Мындан тышкары, бардык келген маалыматтар кийинчерээк маалыматтарды дарылоо үчүн csv файлына сакталат.

. Jar файлын иштетип жатканда, алгач менюдан туура портту тандашыбыз керек. Туташкандан кийин маалыматтар келе баштайт жана биз жөндөөлөрүбүздү кубаттуулукка жөнөтө алабыз.

Программа абдан жөнөкөй болгону менен, аны компьютер аркылуу көзөмөлдөө жана анын маалыматтарын каттоо абдан пайдалуу болушу мүмкүн.

7 -кадам: Ийгилик

Бул иштердин баарынан кийин, бизде азыр толук функционалдык ыйгарым укуктар бар!

Мен дагы кээ бир адамдарга колдоосу үчүн ыраазычылык билдиришим керек:

• Долбоор EEVBLOGтун uSupply долбооруна жана анын Rev C схемасына негизделген. Ошентип, Дэвид Л. Джонско ачык рахмат, анын схемаларын ачык булак лицензиясы астында чыгаргандыгы жана бардык билимин бөлүшкөнү үчүн.
• Бул долбоордун прототиптерин чыгаргандыгы үчүн Йохан Паттинге чоң рахмат.
• Ошондой эле Седрик Бусчотс жана Ханс Ингельбертс көйгөйлөрдү чечүү боюнча жардамга татыктуу.

Эми биз өзүбүздүн үйдө жасалган кубаттуулуктан ырахат ала алабыз, бул башка укмуш долбоорлордо иштеп жатканда пайдалуу болот! Эң негизгиси: биз жолдо көп нерселерди үйрөндүк.

Эгер сизге бул долбоор жакса, сураныч, powerupply конкурсунда мага добуш бериңиз, мен аны абдан баалайм! Https: //www.instructables.com/contest/powersupply/

Энергия менен камсыздоо конкурсунда Экинчи сыйлык