ბატარეის ტევადობის შემმოწმებელი Arduino– ს გამოყენებით [Lithium-NiMH-NiCd]: 15 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:17

Მახასიათებლები:

• იდენტიფიცირება ყალბი ლითიუმ-იონური/ლითიუმ-პოლიმერული/NiCd/NiMH ბატარეა
• რეგულირებადი მუდმივი მიმდინარე დატვირთვა (ასევე შეიძლება შეიცვალოს მომხმარებლის მიერ)
• შეუძლია გაზომოს თითქმის ნებისმიერი სახის ბატარეის სიმძლავრე (5 ვ -ზე ქვემოთ)
• ადვილია შედუღება, აშენება და გამოყენება, თუნდაც დამწყებთათვის (ყველა კომპონენტი არის Dip)
• LCD ინტერფეისი

სპეციფიკაციები:

• დაფის მიწოდება: 7V to 9V (Max)
• ბატარეის შეყვანა: 0-5V (მაქსიმუმი)-არ არის საპირისპირო პოლარობა მუდმივი
• მიმდინარე დატვირთვა: 37mA to 540mA (max) - 16 საფეხური - შეიძლება შეიცვალოს მომხმარებლის მიერ

ბატარეის სიმძლავრის ნამდვილი გაზომვა აუცილებელია მრავალი სცენარისთვის. სიმძლავრის გაზომვის მოწყობილობას შეუძლია გადაჭრას ყალბი ბატარეების გამოვლენის პრობლემაც. დღესდღეობით ყალბი ლითიუმის და NiMH ბატარეები ყველგანაა, რომლებიც არ ამუშავებენ მათ რეკლამირებულ შესაძლებლობებს. ზოგჯერ ძნელია განასხვავო ნამდვილი და ყალბი ბატარეა. ეს პრობლემა არსებობს სათადარიგო ბატარეების ბაზარზე, როგორიცაა მობილური ტელეფონის ბატარეები. გარდა ამისა, ბევრ სცენარში აუცილებელია მეორადი ბატარეის სიმძლავრის დადგენა (მაგალითად, ლეპტოპის ბატარეა). ამ სტატიაში ჩვენ ვისწავლით ბატარეის სიმძლავრის გაზომვის სქემის შექმნას ცნობილი Arduino-Nano დაფის გამოყენებით. მე შევქმენი PCB დაფა დიპლომატიური კომპონენტებისათვის. ასე რომ დამწყებებსაც შეუძლიათ შედუღება და გამოიყენონ მოწყობილობა.

სურათი 1 გვიჩვენებს მოწყობილობის სქემატურ დიაგრამას. მიკროსქემის ბირთვი არის არდუინო-ნანოს დაფა.

ნაბიჯი 1: სურათი 1, ბატარეის სიმძლავრის გაზომვის მოწყობილობის სქემატური დიაგრამა

IC1 არის LM358 [1] ჩიპი, რომელიც შეიცავს ორ ოპერატიულ გამაძლიერებელს. R5 და C7 აშენებენ დაბალ გავლის ფილტრს, რომელიც გარდაქმნის PWM პულსს DC ძაბვაზე. PWM– ის სიხშირეა დაახლოებით 500 ჰც. მე გამოვიყენე Siglent SDS1104X-E ოსცილოსკოპი PWM და ფილტრის ქცევის შესასწავლად. მე CH1 დავუკავშირე PWM გამომავალს (Arduino-D10) და CH2 ფილტრის გამომავალს (სურათი 2). თქვენ ასევე შეგიძლიათ შეისწავლოთ ფილტრის სიხშირის პასუხი და მისი გათიშვის სიხშირე "პრაქტიკაში" ბოდის ნაკვეთის მიხედვით, რაც არის SDS1104X-E- ის ერთ-ერთი სასიამოვნო მახასიათებელი.

ნაბიჯი 2: სურათი 2, PWM სიგნალი (CH1: 2V/div) და შედეგი R5-C7 RC ფილტრის გავლის შემდეგ (CH2: 50mV/div)

R5 არის 1M რეზისტორი, რომელიც უკიდურესად ზღუდავს დენს, თუმცა, ფილტრის გამომავალი გადის opamp- ში (IC1- ის მეორე opamp), ძაბვის მიმდევრის კონფიგურაციაში. IC1, R7 და Q2– ის პირველი გამაგრება ქმნის მუდმივი მიმდინარე დატვირთვის წრეს. ჯერჯერობით, ჩვენ ავაშენეთ PWM კონტროლირებადი მუდმივი მიმდინარე დატვირთვა.

2*16 LCD გამოიყენება როგორც ინტერფეისი, რაც აადვილებს კონტროლს/კორექტირებას. R4 პოტენომეტრი ადგენს LCD კონტრასტს. R6 ზღუდავს განათების დენს. P2 არის 2 პინიანი Molex კონექტორი, რომელიც გამოიყენება 5V ზუზერის დასაკავშირებლად. R1 და R2 არის გამწევი რეზისტორები ტაქტილური გადამრთველებისთვის. C3 და C4 გამოიყენება ღილაკების გასახსნელად. C1 და C1 გამოიყენება წრედის მიწოდების ძაბვის გასაფილტრად. C5 და C6 გამოიყენება მუდმივი მიმდინარე დატვირთვის მიკროსქემის ხმაურის გასაფილტრავად, რათა არ შემცირდეს ADC კონვერტაციის შესრულება. R7 მოქმედებს როგორც დატვირთვა Q2 MOSFET– ისთვის.

1-1: რა არის მუდმივი მიმდინარე DC დატვირთვა?

მუდმივი მიმდინარე დატვირთვა არის წრე, რომელიც ყოველთვის დენს მუდმივ რაოდენობას, მაშინაც კი, თუ გამოყენებული შეყვანის ძაბვა იცვლება. მაგალითად, თუ ჩვენ დავუკავშირებთ მუდმივ მიმდინარე დატვირთვას დენის წყაროსთან და დავუშვებთ დენს 250mA- ზე, მიმდინარე გათამაშება არ შეიცვლება მაშინაც კი, თუ შეყვანის ძაბვა არის 5V ან 12V ან რაც არ უნდა იყოს. მუდმივი მიმდინარე დატვირთვის მიკროსქემის ეს თვისება საშუალებას გვაძლევს ავაშენოთ ბატარეის სიმძლავრის საზომი მოწყობილობა. თუ ჩვენ ვიყენებთ უბრალო რეზისტორს, როგორც დატვირთვას ბატარეის სიმძლავრის გასაზომად, ბატარეის ძაბვის შემცირებისას, დენიც მცირდება, რაც გამოთვლებს რთულსა და არაზუსტს ხდის.

2: PCB დაფა

სურათი 3 გვიჩვენებს მიკროსქემის დაპროექტებულ PCB განლაგებას. დაფის ორივე მხარე გამოიყენება კომპონენტების დასამაგრებლად. როდესაც ვგეგმავ სქემატური/PCB- ის შექმნას, მე ყოველთვის ვიყენებ SamacSys კომპონენტის ბიბლიოთეკას, რადგან ეს ბიბლიოთეკები იცავენ ინდუსტრიულ IPC სტანდარტებს და ყველა უფასოა. მე გამოვიყენე ეს ბიბლიოთეკები IC1 [2], Q2 [3] და მე კი ვიპოვე Arduino-Nano (AR1) [4] ბიბლიოთეკა, რომელმაც ბევრი დაზოგა დიზაინის დროისაგან. მე ვიყენებ Altium Designer CAD პროგრამულ უზრუნველყოფას, ამიტომ გამოვიყენე Altium მოდული კომპონენტების ბიბლიოთეკების დასაყენებლად [5]. სურათი 4 გვიჩვენებს შერჩეულ კომპონენტებს.

ნაბიჯი 3: სურათი 3, ბატარეის სიმძლავრის გაზომვის მიკროსქემის PCB დაფა

როდესაც ვგეგმავ სქემატური/PCB- ის შექმნას, მე ყოველთვის ვიყენებ SamacSys კომპონენტის ბიბლიოთეკას, რადგან ეს ბიბლიოთეკები იცავენ ინდუსტრიულ IPC სტანდარტებს და ყველა უფასოა. მე გამოვიყენე ეს ბიბლიოთეკები IC1 [2], Q2 [3] და მე კი ვიპოვე Arduino-Nano (AR1) [4] ბიბლიოთეკა, რომელმაც ბევრი დაზოგა დიზაინის დროისაგან. მე ვიყენებ Altium Designer CAD პროგრამულ უზრუნველყოფას, ამიტომ გამოვიყენე Altium მოდული კომპონენტების ბიბლიოთეკების დასაყენებლად [5]. სურათი 4 გვიჩვენებს შერჩეულ კომპონენტებს.

ნაბიჯი 4: სურათი 4, დაინსტალირებული კომპონენტები SamacSys Altium მოდულიდან

PCB დაფა ოდნავ უფრო დიდია, ვიდრე 2*16 LCD, რათა მოერგოს სამ ტაქტიანი ღილაკს. ფიგურები 5, 6 და 7 გვიჩვენებს დაფის 3D ხედებს.

ნაბიჯი 5: სურათი 5: აწყობილი PCB დაფის 3D ხედი (TOP), ფიგურა 6: აწყობილი PCB დაფის 3D გვერდი (გვერდი), სურათი 7: აწყობილი PCB დაფის 3D ხედი (ქვედა)

3: ასამბლეამ და ტესტმა გამოიყენეს ნახევრად ხელნაკეთი PCB დაფა სწრაფი პროტოტიპის შესაქმნელად და მიკროსქემის შესამოწმებლად. სურათი 8 გვიჩვენებს დაფის სურათს. თქვენ არ გჭირდებათ გამომყვეთ, უბრალოდ შეუკვეთეთ PCB პროფესიონალურ PCB წარმოების კომპანიას და ააშენეთ მოწყობილობა. თქვენ უნდა გამოიყენოთ მდგრადი პოტენომეტრის ტიპი R4– ისთვის, რომელიც საშუალებას გაძლევთ მოაწყოთ LCD კონტრასტი დაფის მხრიდან.

ნაბიჯი 6: სურათი 8: პირველი პროტოტიპის სურათი, ნახევრად ხელნაკეთი PCB დაფაზე

კომპონენტების შედუღების და სატესტო პირობების მომზადების შემდეგ, ჩვენ მზად ვართ შევამოწმოთ ჩვენი წრე. არ დაგავიწყდეთ MOSFET- ზე (Q2) დიდი გამაცხელებლის დაყენება. მე ავირჩიე R7, როგორც 3-ohm რეზისტორი. ეს საშუალებას გვაძლევს განვავითაროთ მუდმივი დენები 750mA– მდე, მაგრამ კოდში მე ვაყენებ მაქსიმალურ დენს სადღაც 500mA– მდე, რაც საკმარისია ჩვენი მიზნისთვის. რეზისტორის მნიშვნელობის შემცირებამ (მაგალითად, 1.5 ohm) შეიძლება გამოიწვიოს უფრო მაღალი დენები, თუმცა, თქვენ უნდა გამოიყენოთ უფრო ძლიერი რეზისტორი და შეცვალოთ Arduino კოდი. სურათი 9 გვიჩვენებს დაფას და მის გარე გაყვანილობას.

ნაბიჯი 7: სურათი 9: ბატარეის სიმძლავრის გაზომვის მოწყობილობის გაყვანილობა

მოამზადეთ ძაბვა რაღაც 7V– დან 9V– მდე მიმწოდებლისთვის. მე გამოვიყენე Arduino დაფის მარეგულირებელი +5V სარკინიგზო ხაზის გასაკეთებლად. ამიტომ, არასოდეს გამოიყენოთ ძაბვა 9 ვ -ზე მაღალი მიწოდების შეყვანისას, წინააღმდეგ შემთხვევაში თქვენ შეიძლება დააზიანოთ მარეგულირებელი ჩიპი. დაფა იკვებება და თქვენ უნდა ნახოთ ტექსტი LCD- ზე, იგივე ფიგურა 10. თუ იყენებთ ლურჯ შუქნიშან 2*16 LCD- ს, წრე მოიხმარს დაახლოებით 75mA.

ნაბიჯი 8: სურათი 10: სწორი ჩართვის ჩართვის ჩვენება LCD- ზე

დაახლოებით 3 წამის შემდეგ, ტექსტი გასუფთავდება და შემდეგ ეკრანზე თქვენ შეგიძლიათ შეცვალოთ მუდმივი მიმდინარე მნიშვნელობა ზემოთ/ქვემოთ დაჭერით ღილაკებით (სურათი 11).

ნაბიჯი 9: სურათი 11: მუდმივი მიმდინარე დატვირთვის მორგება ზევით/ქვევით ღილაკებით

ბატარეის მოწყობილობასთან დაკავშირებამდე და მისი სიმძლავრის გაზომვამდე, შეგიძლიათ შეამოწმოთ წრე კვების ბლოკის გამოყენებით. ამ მიზნით, თქვენ უნდა დაუკავშიროთ P3 კონექტორი კვების ბლოკს.

მნიშვნელოვანია: არასოდეს გამოიყენოთ ძაბვის 5 ვ -ზე მაღალი ძაბვა ან საპირისპირო პოლარობა ბატარეის შეყვანაზე, წინააღმდეგ შემთხვევაში თქვენ სამუდამოდ დააზიანებთ Arduino– ს ციფრულ კონვერტორულ პინს

დააყენეთ თქვენთვის სასურველი დენის ლიმიტი (მაგალითად 100mA) და ითამაშეთ თქვენი კვების ბლოკის ძაბვით (დარჩით 5V ქვემოთ). როგორც ხედავთ ნებისმიერი შეყვანის ძაბვისას, მიმდინარე ნაკადი უცვლელი რჩება. ეს არის ზუსტად ის, რაც ჩვენ გვინდა! (სურათი 12).

ნაბიჯი 10: სურათი 12: მიმდინარე ნაკადი მუდმივი რჩება ძაბვის ცვალებადობის წინაც კი (შემოწმებულია 4.3 ვ და 2.4 ვ შეყვანის საშუალებით)

მესამე ღილაკი არის გადატვირთვა. ეს ნიშნავს, რომ ის უბრალოდ გადატვირთავს დაფას. ეს სასარგებლოა, როდესაც თქვენ აპირებთ ხელახლა წამოიწყოთ პროცედურა სხვა კარაქის შესამოწმებლად.

ყოველ შემთხვევაში, ახლა თქვენ დარწმუნებული ხართ, რომ თქვენი მოწყობილობა მუშაობს უზადოდ. თქვენ შეგიძლიათ გათიშოთ კვების ბლოკი და დაუკავშიროთ ბატარეა ბატარეის შეყვანისას და დაადგინოთ სასურველი მიმდინარე ლიმიტი.

საკუთარი ტესტის დასაწყებად, მე შევარჩიე ახალი 8, 800mA ლითიუმ-იონური ბატარეა (სურათი 13). ფანტასტიკურ მაჩვენებელს ჰგავს, არა ?! მაგრამ მე რატომღაც არ მჯერა ამის:-), ასე რომ მოდით გამოვცადოთ.

ნაბიჯი 11: სურათი 13: 8, 800mA რეიტინგული ლითიუმ-იონური ბატარეა, ნამდვილი თუ ყალბი ?

სანამ ლითიუმის ბატარეას დაფაზე დავუკავშირებთ, ჩვენ უნდა დავატენოთ იგი, ამიტომ გთხოვთ მოამზადოთ ფიქსირებული 4.20V (500mA CC ლიმიტი ან უფრო დაბალი) თქვენს ელექტრომომარაგებასთან (მაგალითად, წინა სტატიაში ცვლადი გადართვის დენის წყაროს გამოყენებით) და დატენვა ბატარეა სანამ მიმდინარე ნაკადი არ მიაღწევს დაბალ დონეს. ნუ დატენავთ უცნობ ბატარეას მაღალი დენებით, რადგან ჩვენ არ ვართ დარწმუნებული მის რეალურ ტევადობაში! მაღალი დატენვის დენებმა შეიძლება აფეთქდეს ბატარეა! Ფრთხილად იყავი. შედეგად, მე მივყევი ამ პროცედურას და ჩვენი 8, 800mA ბატარეა მზად არის სიმძლავრის გასაზომად.

მე გამოვიყენე ბატარეის დამჭერი ბატარეის დაფაზე დასაკავშირებლად. დარწმუნდით, რომ გამოიყენოთ სქელი და მოკლე მავთულები, რომლებიც წარმოადგენენ დაბალ წინააღმდეგობას, რადგან მავთულხლართებში ენერგიის გაფრქვევა იწვევს ძაბვის ვარდნას და უზუსტობას.

მოდით დავაყენოთ დენი 500mA და დიდხანს დავაჭიროთ ღილაკს "UP". შემდეგ თქვენ უნდა მოისმინოთ სიგნალი და იწყება პროცედურა (სურათი 14). მე დავაყენე გამორთვის ძაბვა (ბატარეის დაბალი ბარიერი) 3.2 ვ. თუ გსურთ, შეგიძლიათ შეცვალოთ ეს ბარიერი კოდში.

ნაბიჯი 12: სურათი 14: ბატარეის სიმძლავრის გამოთვლის პროცედურა

ძირითადად, ჩვენ უნდა გამოვთვალოთ ბატარეის "სიცოცხლის ხანგრძლივობა", სანამ მისი ძაბვა მიაღწევს დაბალი დონის ზღურბლს. სურათი 15 გვიჩვენებს დროს, როდესაც მოწყობილობა გათიშავს DC დატვირთვას ბატარეიდან (3.2V) და ხდება გათვლები. მოწყობილობა ასევე აწარმოებს ორ ხანგრძლივ სიგნალს პროცედურის დასრულების დასანიშნად. როგორც ხედავთ LCD ეკრანზე, ბატარეის სიმძლავრე არის 1, 190 mAh, რაც შორს არის პრეტენზიული სიმძლავრისგან! თქვენ შეგიძლიათ შეასრულოთ იგივე პროცედურა ნებისმიერი ბატარეის შესამოწმებლად (5 ვ -ზე დაბალი).

ნაბიჯი 13: სურათი 15: 8.800mA რეიტინგული ლითიუმ-იონური ბატარეის ნამდვილი გამოთვლილი სიმძლავრე

ფიგურა 16 გვიჩვენებს ამ სქემის მასალების ანგარიშს.

ნაბიჯი 14: სურათი 16: მასალების შედგენა

ნაბიჯი 15: მითითებები

სტატიის წყარო:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: