Jaribio la Uwezo wa Battery Kutumia Arduino [Lithium-NiMH-NiCd]: Hatua 15 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:50

vipengele:

• Tambua betri bandia ya Lithium-Ion / Lithium-Polymer / NiCd / NiMH
• Mzigo wa sasa unaoweza kubadilishwa (pia unaweza kubadilishwa na mtumiaji)
• Uwezo wa kupima uwezo wa karibu aina yoyote ya betri (chini ya 5V)
• Rahisi kuuza, kujenga, na kutumia, hata kwa Kompyuta (vifaa vyote ni Dip)
• Muunganisho wa mtumiaji wa LCD

Maelezo:

• Ugavi wa Bodi: 7V hadi 9V (Max)
• Uingizaji wa Betri: 0-5V (max) - hakuna polarity inayobadilika kila wakati
• Mzigo wa sasa: 37mA hadi 540mA (max) - Hatua 16 - zinaweza kubadilishwa na mtumiaji

Upimaji wa kweli wa uwezo wa betri ni muhimu kwa hali nyingi. Kifaa cha kupima uwezo kinaweza kutatua shida ya kuona betri bandia pia. Siku hizi betri bandia za Lithium na NiMH ziko kila mahali ambazo hazishughulikii uwezo wao uliotangazwa. Wakati mwingine ni ngumu kutofautisha kati ya betri halisi na bandia. Shida hii ipo kwenye soko la betri za vipuri, kama vile betri za simu za rununu. Kwa kuongezea, katika hali nyingi, ni muhimu kuamua uwezo wa betri ya mitumba (kwa mfano betri ya mbali). Katika nakala hii, tutajifunza kujenga mzunguko wa kipimo cha uwezo wa betri kwa kutumia bodi maarufu ya Arduino-Nano. Nimeunda bodi ya PCB kwa vifaa vya kuzamisha. Kwa hivyo hata Kompyuta zinaweza kutengeneza na kutumia kifaa.

Mchoro 1 unaonyesha mchoro wa kifaa. Msingi wa mzunguko ni bodi ya Arduino-Nano.

Hatua ya 1: Kielelezo 1, Mchoro wa Mpangilio wa Kifaa cha Upimaji wa Uwezo wa Betri

IC1 ni chip ya LM358 [1] ambayo ina vifaa vya kuongeza nguvu mbili. R5 na C7 huunda kichujio cha kupitisha cha chini ambacho hubadilisha mapigo ya PWM kuwa voltage ya DC. Mzunguko wa PWM ni karibu 500Hz. Nilitumia oscilloscope ya Siglent SDS1104X-E kuchunguza tabia ya PWM na kichujio. Niliunganisha CH1 na pato la PWM (Arduino-D10) na CH2 kwa pato la kichujio (Kielelezo 2). Unaweza hata kuchunguza majibu ya masafa ya kichujio na masafa yake ya kukatwa "kwa mazoezi" na njama ya bode, ambayo ni moja wapo ya huduma nzuri zilizoletwa za SDS1104X-E.

Hatua ya 2: Kielelezo 2, Ishara ya PWM (CH1: 2V / div) na Matokeo Baada ya Kupitia Kichujio cha R5-C7 RC (CH2: 50mV / div)

R5 ni kipinzani cha 1M ambacho kinapunguza sana sasa, hata hivyo, pato la kichujio linapita kwenye opamp (opamp ya pili ya IC1), katika usanidi wa mfuasi wa voltage. Opamp ya kwanza ya IC1, R7, na Q2 huunda mzunguko wa mzigo wa sasa wa kila wakati. Hadi sasa, tumejenga mzigo wa sasa unaodhibitiwa wa PWM.

LCD 2 * 16 hutumiwa kama kiolesura cha mtumiaji ambayo inafanya udhibiti / marekebisho kuwa rahisi. R4 potentiometer huweka tofauti ya LCD. R6 inapunguza mwangaza wa sasa. P2 ni kontakt 2 za kontakt Molex ambazo hutumiwa kuunganisha buzzer ya 5V. R1 na R2 ni vipinga-vuta kwa swichi za kugusa. C3 na C4 hutumiwa kuondoa vitufe vya kushinikiza. C1 na C1 hutumiwa kuchuja voltage ya usambazaji wa mzunguko. C5 na C6 hutumiwa kuchuja kelele za mzunguko wa sasa wa mzigo ili kutoshusha utendaji wa ubadilishaji wa ADC. R7 hufanya kama mzigo kwa Q2 MOSFET.

1-1: Je! Mzigo wa sasa wa DC ni nini?

Mzigo wa sasa wa kila wakati ni mzunguko ambao kila wakati huchota kiwango cha mara kwa mara cha sasa, hata kama voltage ya pembejeo inayotumika inatofautiana. Kwa mfano, ikiwa tutaunganisha mzigo wa sasa wa mara kwa mara kwa usambazaji wa umeme na kuweka sasa juu ya 250mA, sare ya sasa haitabadilika hata kama voltage ya uingizaji ni 5V au 12V au chochote. Kipengele hiki cha mzunguko wa mzigo wa sasa wa kawaida huturuhusu kujenga kifaa cha kipimo cha uwezo wa betri. Ikiwa tunatumia kontena rahisi kama mzigo kupima uwezo wa betri, kadiri voltage ya betri inapungua, sasa pia hupungua ambayo hufanya mahesabu kuwa magumu na yasiyo sahihi.

2: Bodi ya PCB

Kielelezo 3 kinaonyesha mpangilio wa PCB wa mzunguko. Pande zote mbili za bodi hutumiwa kuweka vifaa. Wakati ninakusudia kubuni Schematic / PCB, mimi hutumia kila wakati maktaba ya sehemu ya SamacSys, kwa sababu maktaba hizi zinafuata viwango vya IPC vya viwandani na vyote ni bure. Nilitumia maktaba hizi kwa IC1 [2], Q2 [3], na hata ningeweza kupata maktaba ya Arduino-Nano (AR1) [4] ambayo iliokoa mengi kutoka wakati wa kubuni. Ninatumia programu ya Altium Designer CAD, kwa hivyo nilitumia programu-jalizi ya Altium kusanikisha maktaba za vifaa [5]. Kielelezo 4 kinaonyesha vifaa vilivyochaguliwa.

Hatua ya 3: Kielelezo 3, Bodi ya PCB ya Mzunguko wa Upimaji wa Uwezo wa Betri

Wakati ninakusudia kubuni Schematic / PCB, mimi hutumia kila wakati maktaba ya sehemu ya SamacSys, kwa sababu maktaba hizi zinafuata viwango vya IPC vya viwandani na vyote ni bure. Nilitumia maktaba hizi kwa IC1 [2], Q2 [3], na hata ningeweza kupata maktaba ya Arduino-Nano (AR1) [4] ambayo iliokoa mengi kutoka wakati wa kubuni. Ninatumia programu ya Altium Designer CAD, kwa hivyo nilitumia programu-jalizi ya Altium kusakinisha maktaba za vifaa [5]. Kielelezo 4 kinaonyesha vifaa vilivyochaguliwa.

Hatua ya 4: Kielelezo 4, Vipengee vilivyowekwa kutoka kwa Programu-jalizi ya SamacSys Altium

Bodi ya PCB ni kubwa kidogo kuliko 2 * 16 LCD kutoshea vitufe vitatu vya kugusa. Takwimu 5, 6, na 7 zinaonyesha maoni ya 3D ya bodi.

Hatua ya 5: Kielelezo 5: Mtazamo wa 3D wa Bodi ya PCB iliyokusanyika (TOP), Kielelezo 6: Mtazamo wa 3D wa Bodi ya PCB iliyokusanyika (Upande), Kielelezo 7: Mtazamo wa 3D wa Bodi ya PCB iliyokusanyika (Chini)

3: Bunge na TestI walitumia bodi ya PCB iliyotengenezwa kwa nusu kujenga mfano wa haraka na kujaribu mzunguko. Kielelezo 8 kinaonyesha picha ya ubao. Huna haja ya kunifuata, agiza tu PCB kwa kampuni ya wataalamu ya utengenezaji wa PCB na ujenge kifaa. Unapaswa kutumia aina ya potentiometer iliyosimama kwa R4 ambayo inakuwezesha kurekebisha tofauti ya LCD kutoka upande wa bodi.

Hatua ya 6: Kielelezo 8: Picha ya Mfano wa Kwanza, kwenye Bodi ya PCB ya Nusu

Baada ya kuuza sehemu na kuandaa hali ya mtihani, tuko tayari kujaribu mzunguko wetu. Usisahau kuweka heatsink kubwa kwenye MOSFET (Q2). Nilichagua R7 kuwa kipinzani cha 3-ohm. Hii inatuwezesha kutoa mikondo ya mara kwa mara hadi 750mA, lakini kwa nambari, ninaweka kiwango cha juu hadi mahali karibu 500mA ambayo inatosha kwa kusudi letu. Kupunguza thamani ya kontena (kwa mfano 1.5-ohm) inaweza kutengeneza mikondo ya juu, hata hivyo, lazima utumie kontena lenye nguvu zaidi na urekebishe nambari ya Arduino. Kielelezo 9 kinaonyesha bodi na wirings zake za nje.

Hatua ya 7: Kielelezo 9: Wiring wa Kifaa cha Upimaji wa Uwezo wa Betri

Andaa voltage ya kitu karibu 7V hadi 9V kwa pembejeo ya usambazaji. Nimetumia mdhibiti wa bodi ya Arduino kutengeneza reli ya + 5V. Kwa hivyo, kamwe usitumie voltage ya juu kuliko 9V kwa pembejeo ya usambazaji, vinginevyo, unaweza kuharibu chip ya mdhibiti. Bodi itawezeshwa na unapaswa kuona maandishi kwenye LCD, sawa na kielelezo cha 10. Ikiwa unatumia taa ya taa ya bluu 2 * 16 LCD, mzunguko utatumia karibu 75mA.

Hatua ya 8: Kielelezo 10: Dalili Sahihi ya Kuongeza Nguvu ya Mzunguko kwenye LCD

Baada ya sekunde 3 hivi, maandishi yatafutwa na kwenye skrini inayofuata, unaweza kurekebisha thamani ya kila wakati ya sasa na vifungo vya kushinikiza juu / chini (Kielelezo 11).

Hatua ya 9: Kielelezo 11: Marekebisho ya Mzigo wa Mara kwa Mara na Vifungo vya Juu / Chini

Kabla ya kuunganisha betri kwenye kifaa na kupima uwezo wake, unaweza kukagua mzunguko kwa kutumia usambazaji wa umeme. Kwa kusudi hili, unapaswa kuunganisha kontakt P3 kwenye usambazaji wa umeme.

Muhimu: Kamwe usitumie voltage yoyote ya juu kuliko 5V, au kwa polarity reverse, kwa pembejeo ya betri, vinginevyo utaharibu kabisa dijiti ya Arduino kwa pini ya kubadilisha

Weka kikomo chako cha sasa unachotaka (kwa mfano 100mA) na ucheze na voltage yako ya usambazaji wa umeme (kaa chini ya 5V). Kama unavyoona na voltage yoyote ya kuingiza, mtiririko wa sasa unabaki sawa. Hiyo ndio tunataka! (Kielelezo 12).

Hatua ya 10: Kielelezo 12: Mtiririko wa Sasa unabaki Mara kwa mara hata mbele ya Tofauti za Voltage (iliyojaribiwa na Pembejeo za 4.3V na 2.4V)

Kitufe cha tatu cha kushinikiza ni Rudisha. Inamaanisha inaanzisha tena bodi. Ni muhimu wakati unapanga kuanzisha tena utaratibu wa kupima buti tofauti.

Kwa hivyo, sasa una hakika kuwa kifaa chako kinafanya kazi bila kasoro. Unaweza kukata umeme na unganisha betri yako kwa uingizaji wa betri na uweke kikomo chako cha sasa unachotaka.

Ili kuanza mtihani wangu mwenyewe, nilichagua betri mpya ya 8, 800mA iliyokadiriwa lithiamu-ion (Kielelezo 13). Inaonekana kama kiwango cha kupendeza, sivyo?! Lakini siwezi kuamini hii kwa njia fulani:-), basi wacha tuijaribu.

Hatua ya 11: Kielelezo 13: Betri ya Lithium-ion iliyokadiriwa 8, 800m, halisi au bandia ?

Kabla ya kuunganisha betri ya lithiamu na bodi, lazima tuitoze, kwa hivyo tafadhali andaa 4.20V (500mA CC kikomo au chini) na usambazaji wako wa umeme (Kwa mfano, kwa kutumia usambazaji wa umeme wa kubadilisha katika nakala iliyopita) na kuchaji betri mpaka mtiririko wa sasa unafikia kiwango cha chini. Usilipe betri isiyojulikana na mikondo ya juu, kwa sababu hatuna uhakika juu ya uwezo wake halisi! Mikondo ya kuchaji sana inaweza kulipuka betri! Kuwa mwangalifu. Kama matokeo, nilifuata utaratibu huu na betri yetu ya 8, 800mA iko tayari kwa kipimo cha uwezo.

Nilitumia kishika betri kuunganisha betri kwenye ubao. Hakikisha kutumia waya mnene na mfupi ambao huanzisha upinzani mdogo kwa sababu utaftaji wa umeme kwenye waya husababisha kushuka kwa voltage na usahihi.

Wacha tuweke sasa kwa 500mA na bonyeza kitufe cha "UP" kwa muda mrefu. Kisha unapaswa kusikia beep na utaratibu huanza (Kielelezo 14). Nimeweka voltage iliyokatwa (kizingiti cha chini cha betri) hadi 3.2V. Unaweza kurekebisha kizingiti hiki katika nambari ikiwa unapenda.

Hatua ya 12: Kielelezo 14: Utaratibu wa Hesabu ya Uwezo wa Betri

Kimsingi, tunapaswa kuhesabu "wakati wa maisha" wa betri kabla voltage yake kufikia kizingiti cha kiwango cha chini. Kielelezo 15 kinaonyesha wakati kifaa kinakata mzigo wa DC kutoka kwa betri (3.2V) na hesabu zinafanywa. Kifaa hicho pia hutengeneza beep mbili ndefu kuonyesha mwisho wa utaratibu. Kama unavyoona kwenye skrini ya LCD, uwezo wa kweli wa betri ni 1, 190mAh ambayo iko mbali na uwezo uliodaiwa! Unaweza kufuata utaratibu huo wa kupima betri yoyote (chini ya 5V).

Hatua ya 13: Kielelezo 15: Uwezo wa Kweli uliohesabiwa wa Batri ya Lithiamu-ion iliyokadiriwa kuwa 8.800mA

Kielelezo 16 kinaonyesha muswada wa vifaa vya mzunguko huu.

Hatua ya 14: Kielelezo 16: Muswada wa Vifaa

Hatua ya 15: Marejeo

Chanzo cha Nakala:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: