Arduino [Lityum-NiMH-NiCd] İstifadə edən Batareya Kapasitesi Test Cihazı: 15 Addım (Şəkillərlə birlikdə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

Xüsusiyyətləri:

• Saxta Lityum-İon/Lityum-Polimer/NiCd/NiMH batareya təyin edin
• Ayarlanabilir sabit cərəyan yükü (istifadəçi tərəfindən də dəyişdirilə bilər)
• Demək olar ki, hər növ batareyanın tutumunu ölçə bilir (5V -dən aşağı)
• Lehimləmək, qurmaq və istifadə etmək asan, hətta yeni başlayanlar üçün (bütün komponentlər Dipdir)
• LCD istifadəçi interfeysi

Xüsusiyyətlər:

• Kart tədarükü: 7V - 9V (Maks.)
• Batareya Girişi: 0-5V (maksimum)-tərs polarite yoxdur Sabit
• Cari Yük: 37mA - 540mA (max) - 16 Addım - istifadəçi tərəfindən dəyişdirilə bilər

Batareyanın tutumunun əsl ölçülməsi bir çox ssenari üçün vacibdir. Bir tutum ölçmə cihazı saxta batareyaları aşkar etmək problemini də həll edə bilər. İndiki vaxtda saxta Lityum və NiMH batareyaları, reklam edilən qabiliyyətlərini idarə etməyən hər yerdə var. Bəzən həqiqi və saxta batareyanı ayırd etmək çətindir. Bu problem cib telefonu batareyaları kimi ehtiyat batareyalar bazarında mövcuddur. Bundan əlavə, bir çox ssenarilərdə, ikinci əl batareyanın (məsələn, noutbuk batareyasının) tutumunu müəyyən etmək vacibdir. Bu yazıda, məşhur Arduino-Nano lövhəsini istifadə edərək batareya tutumunun ölçülməsi sxemini qurmağı öyrənəcəyik. Dip komponentləri üçün PCB lövhəsini hazırladım. Beləliklə, hətta yeni başlayanlar da cihazı lehimləyə və istifadə edə bilərlər.

1: Dövrə Analizi Şəkil 1 cihazın sxematik diaqramını göstərir. Dövrün nüvəsi Arduino-Nano lövhəsidir.

Addım 1: Şəkil 1, Batareya Tutum Ölçmə Cihazının Şematik Diaqramı

IC1, iki əməliyyat gücləndiricisi olan bir LM358 [1] çipidir. R5 və C7, PWM nəbzini DC gərginliyinə çevirən aşağı keçid filtri qurur. PWM tezliyi 500Hz civarındadır. PWM və filtr davranışını araşdırmaq üçün Siglent SDS1104X-E osiloskopundan istifadə etdim. CH1-i PWM çıxışına (Arduino-D10) və CH2-ni filtrin çıxışına bağladım (Şəkil 2). Filtrin tezlik reaksiyasını və kəsilmə tezliyini "praktikada" SDS1104X-E-nin təqdim olunan gözəl xüsusiyyətlərindən biri olan bode sahəsi ilə də araşdıra bilərsiniz.

Addım 2: Şəkil 2, PWM Siqnalı (CH1: 2V/div) və R5-C7 RC Filtrindən Keçdikdən Sonra Nəticə (CH2: 50mV/div)

R5, cərəyanı çox məhdudlaşdıran 1M rezistordur, lakin filtrin çıxışı bir gərginlik izləyicisi konfiqurasiyasında bir opampdan (IC1 -in ikinci opampı) keçir. IC1, R7 və Q2 -nin ilk opampi sabit bir cərəyan yük dövrəsi qurur. İndiyə qədər PWM tərəfindən idarə olunan sabit bir cari yük qurduq.

2*16 LCD, nəzarət/tənzimləmələri asanlaşdıran bir istifadəçi interfeysi olaraq istifadə olunur. R4 potensiometr LCD kontrastını təyin edir. R6 arxa işıq cərəyanını məhdudlaşdırır. P2, 5V səs siqnalı bağlamaq üçün istifadə olunan 2 pinli Molex bağlayıcıdır. R1 və R2 toxunma açarları üçün çəkmə müqavimətçiləridir. C3 və C4 düymələri çıxarmaq üçün istifadə olunur. C1 və C1, dövrə təchizatı gərginliyini süzmək üçün istifadə olunur. C5 və C6, ADC dönüşüm performansını pisləşdirməmək üçün daimi cərəyan yük dövrəsi səslərini süzmək üçün istifadə olunur. R7, Q2 MOSFET üçün yük rolunu oynayır.

1-1: Sabit cərəyan DC yükü nədir?

Sabit bir cərəyan yükü, tətbiq olunan giriş gərginliyi dəyişsə belə, həmişə sabit miqdarda cərəyan edən bir dövrədir. Məsələn, sabit cərəyan yükünü bir enerji təchizatına bağlasaq və cərəyanı 250mA -ya təyin etsək, giriş gərginliyi 5V və ya 12V və ya hər hansı bir şey olsa belə dəyişməz. Daimi cərəyan yük dövrəsinin bu xüsusiyyəti batareyanın tutum ölçmə cihazını qurmağa imkan verir. Batareyanın gücünü ölçmək üçün yük olaraq sadə bir rezistordan istifadə etsək, akkumulyatorun gərginliyi azaldıqca cərəyan da azalır ki, bu da hesablamaları mürəkkəb və qeyri -dəqiq edir.

2: PCB lövhəsi

Şəkil 3, dövrənin dizayn edilmiş PCB planını göstərir. Lövhənin hər iki tərəfi komponentləri quraşdırmaq üçün istifadə olunur. Şematik/PCB dizayn etmək niyyətindəyəmsə, həmişə SamacSys komponent kitabxanalarından istifadə edirəm, çünki bu kitabxanalar sənaye IPC standartlarına uyğundur və hamısı pulsuzdur. Bu kitabxanaları IC1 [2], Q2 [3] üçün istifadə etdim və hətta dizayn vaxtından çox qənaət edən Arduino-Nano (AR1) [4] kitabxanasını tapa bildim. Altium Designer CAD proqramından istifadə edirəm, buna görə də komponent kitabxanalarını quraşdırmaq üçün Altium plaginindən istifadə etdim [5]. Şəkil 4 seçilmiş komponentləri göstərir.

Addım 3: Şəkil 3, Batareya Tutum Ölçmə Devresinin PCB Kartı

Şematik/PCB dizayn etmək niyyətində olduğumda, həmişə SamacSys komponent kitabxanalarından istifadə edirəm, çünki bu kitabxanalar sənaye IPC standartlarına uyğundur və hamısı pulsuzdur. Bu kitabxanaları IC1 [2], Q2 [3] üçün istifadə etdim və hətta dizayn vaxtından çox qənaət edən Arduino-Nano (AR1) [4] kitabxanasını tapa bildim. Altium Designer CAD proqramından istifadə edirəm, buna görə komponent kitabxanalarını quraşdırmaq üçün Altium plaginindən istifadə etdim [5]. Şəkil 4 seçilmiş komponentləri göstərir.

Addım 4: Şəkil 4, SamacSys Altium Plugin -dən Quraşdırılmış Komponentlər

PCB lövhəsi üç toxunma düyməsinə uyğun olaraq 2*16 LCD-dən bir qədər böyükdür. Şəkillər 5, 6 və 7 lövhənin 3D görünüşünü göstərir.

Addım 5: Şəkil 5: Quraşdırılmış PCB Kartının (TOP) 3D Görünüşü, Şəkil 6: Quraşdırılmış PCB Kartının 3D Görünüşü (Yan), Şəkil 7: Quraşdırılmış PCB Kartının 3D Görünüşü (Alt)

3: Montaj və TestI, sürətli bir prototip qurmaq və dövrə sınamaq üçün yarı evdə hazırlanmış bir PCB lövhəsindən istifadə etdi. Şəkil 8 lövhənin şəklini göstərir. Məni izləməyinizə ehtiyac yoxdur, yalnız PCB -ni peşəkar bir PCB istehsal şirkətinə sifariş edin və cihazı qurun. R4 üçün lövhənin kənarından LCD kontrastını tənzimləməyə imkan verən dayanıqlı bir potansiyometr növü istifadə etməlisiniz.

Addım 6: Şəkil 8: Yarı ev PCB lövhəsində İlk Prototipin Şəkli

Komponentləri lehimlədikdən və sınaq şərtlərini hazırladıqdan sonra dövrə sınamağa hazırıq. MOSFET (Q2) üzərində böyük bir soyuducu quraşdırmağı unutmayın. R7-ni 3 ohm müqavimətçi olaraq seçdim. Bu, 750mA -ya qədər sabit cərəyanlar yaratmağımıza imkan verir, amma kodda, maksimum cərəyanı məqsədimiz üçün kifayət edən 500mA ətrafında bir yerə təyin etdim. Rezistorun dəyərinin aşağı salınması (məsələn, 1,5 ohm) daha yüksək cərəyanlar yarada bilər, ancaq daha güclü bir rezistor istifadə etməli və Arduino kodunu dəyişdirməlisiniz. Şəkil 9 lövhəni və onun xarici tellərini göstərir.

Addım 7: Şəkil 9: Batareya Ölçmə Cihazının Kabelləri

Təchizat girişinə 7V ilə 9V arasında bir gərginlik hazırlayın. +5V ray hazırlamaq üçün Arduino lövhəsinin tənzimləyicisindən istifadə etdim. Buna görə heç vaxt 9V -dən yüksək bir gərginlik tətbiq etmə, əks halda tənzimləyici çipinə zərər verə bilərsən. Lövhə işə salınacaq və LCD-də şəkil 10 ilə eyni mətni görməlisiniz. Mavi arxa işıq 2*16 LCD istifadə etsəniz, dövrə 75mA ətrafında istehlak edəcək.

Addım 8: Şəkil 10: LCD-də Düzgün Dövrə Gücü Göstəricisi

Təxminən 3 saniyə sonra mətn silinəcək və növbəti ekranda yuxarı/aşağı düymələri ilə sabit cari dəyəri tənzimləyə bilərsiniz (Şəkil 11).

Addım 9: Şəkil 11: Yuxarı/Aşağı düymələri ilə Sabit Cari Yük Ayarı

Batareyanı cihaza bağlamadan və tutumunu ölçməzdən əvvəl, elektrik təchizatı istifadə edərək dövrə baxa bilərsiniz. Bunun üçün P3 konnektorunu enerji təchizatına bağlamalısınız.

Vacibdir: Heç vaxt 5V -dən yuxarı və ya əks polaritədə batareya girişinə heç bir gərginlik tətbiq etməyin, əks halda Arduinonun rəqəmsal çevirici pininə daimi zərər verərsiniz

İstədiyiniz cərəyan limitini (məsələn, 100mA) təyin edin və enerji təchizatı gərginliyinizlə oynayın (5V -dən aşağı qalın). Hər hansı bir giriş gərginliyində gördüyünüz kimi, cərəyan dəyişməz olaraq qalır. İstədiyimiz budur! (Şəkil 12).

Addım 10: Şəkil 12: Cərəyan Gərginlik Dəyişmələri qarşısında da Sabit Qalır (4.3V və 2.4V Girişləri ilə sınaqdan keçirilmişdir)

Üçüncü düymə Sıfırla. Bu, sadəcə lövhəni yenidən başladığı deməkdir. Fərqli bir kərə yağı sınamaq üçün prosedura yenidən başlamağı planlaşdırdığınız zaman faydalıdır.

Hər halda, indi cihazınızın qüsursuz işlədiyinə əminsiniz. Enerji təchizatını kəsə və batareyanı batareya girişinə qoşa və istədiyiniz cari həddi təyin edə bilərsiniz.

Öz sınağımı başlamaq üçün 8, 800mA gücündə yeni bir litium-ion batareya seçdim (Şəkil 13). Fantastik bir dərəcəyə bənzəyir, elə deyilmi ?! Ancaq buna bir şəkildə inana bilmirəm:-), buna görə də sınayaq.

Addım 11: Şəkil 13: 8, 800mA Nominal Lityum-İon Batareya, Real və ya Saxta ?

Lityum batareyanı lövhəyə bağlamadan əvvəl onu şarj etməliyik, buna görə enerji təchizatı ilə sabit bir 4.20V (500mA CC həddi və ya daha aşağı) hazırlayın (məsələn, əvvəlki məqalədə dəyişən keçidli enerji təchizatı istifadə edərək) və şarj edin cari axını aşağı səviyyəyə çatana qədər batareya. Naməlum batareyanı yüksək cərəyanlarla doldurmayın, çünki onun real tutumundan əmin deyilik! Yüksək şarj cərəyanları batareyanı partlata bilər! Ehtiyatlı ol. Nəticədə bu proseduru izlədim və 8, 800mA batareyamız tutum ölçümü üçün hazırdır.

Batareyanı lövhəyə bağlamaq üçün batareya tutucusundan istifadə etdim. Aşağı müqavimət göstərən qalın və qısa tellərdən istifadə etdiyinizə əmin olun, çünki tellərdə elektrik enerjisinin yayılması gərginliyin azalmasına və qeyri -dəqiqliyə səbəb olur.

Gəlin cərəyanı 500mA-ya təyin edək və "YUKARI" düyməsini uzun basıb saxlayın. Sonra bir bip səsi eşitməlisiniz və prosedur başlayır (Şəkil 14). Mən kəsmə gərginliyini (aşağı batareya həddi) 3,2V-ə qoydum. İstəsəniz kodda bu həddi dəyişə bilərsiniz.

Addım 12: Şəkil 14: Batareya Tutumunun Hesablanması Proseduru

Əsasən, batareyanın gərginliyi aşağı səviyyəyə çatmamış "ömrünü" hesablamalıyıq. Şəkil 15, cihazın DC yükünü batareyadan ayırdığı (3.2V) və hesablamalar aparıldığı vaxtı göstərir. Cihaz həmçinin prosedurun bitdiyini bildirmək üçün iki uzun bip səsi çıxarır. LCD ekranda gördüyünüz kimi, əsl batareya tutumu iddia edilən tutumdan çox uzaq olan 1, 190 mAh -dir! Hər hansı bir batareyanı sınamaq üçün eyni proseduru izləyə bilərsiniz (5V -dən aşağı).

Addım 13: Şəkil 15: 8.800mA Nominal Lityum-İon Batareyanın Həqiqi Hesablanmış Tutumu

Şəkil 16 bu dövrənin materiallarını göstərir.

Addım 14: Şəkil 16: Materiallar siyahısı

Addım 15: İstinadlar

Məqalə mənbəyi:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: