Chaja ya Batri ya Smart inayotumia Microcontroller: Hatua 9 (na Picha)

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:54

Mzunguko ambao unakaribia kuona ni chaja smart ya betri kulingana na ATMEGA8A iliyokatwa kiotomatiki. Vigezo tofauti vinaonyeshwa kupitia LCD wakati wa majimbo tofauti ya malipo. Mzunguko pia utatoa sauti kupitia buzzer baada ya kukamilisha malipo.

Niliunda chaja kimsingi kuchaji betri yangu ya Li-ion ya 11.1v / 4400maH. Firmware imeandikwa kimsingi kulipisha aina hii ya betri. Unaweza kupakia itifaki yako ya malipo ili kutimiza mahitaji yako ya kuchaji aina zingine za betri.

Kama unavyojua, chaja mahiri za betri zinapatikana kwa urahisi katika masoko. Lakini kuwa mpenda elektroniki, kila wakati ni vyema kwangu kujenga mwenyewe badala ya kununua moja ambayo itakuwa na kazi tuli / zisizobadilika. Katika moduli hii, nina mipango ya sasisha katika siku zijazo kwa hivyo nimeacha nafasi kuhusu hilo.

Wakati nilinunua kwanza betri yangu ya 11.1v / 2200mah Li-ion, nilitafuta chaja za betri za DIY na udhibiti mzuri kwenye wavuti. Lakini nilipata rasilimali chache sana. Kwa hivyo kwa wakati huo, nilitengeneza chaja ya betri kulingana na LM317 na ilifanya kazi Lakini kwa kweli kama betri yangu ya zamani ilikufa kwa muda (bila sababu), nilinunua betri nyingine ya Li-ion ya 11.1v / 4400mah. Lakini wakati huu, usanidi wa hapo awali haukutosha kuchaji betri yangu mpya. mahitaji, nilisoma kwenye wavu, na niliweza kubuni chaja yangu nzuri.

Ninashiriki hii kwa vile nadhani kuwa watu wengi wanaopenda hobby / wapenzi wako huko nje ambao wanapenda sana kufanya kazi kwa umeme wa umeme na mdhibiti mdogo na pia katika hitaji la kujenga chaja mahiri yao wenyewe.

Wacha tuangalie haraka jinsi ya kuchaji betri ya Li-ion.

Hatua ya 1: Itifaki ya Charge ya Batri ya Li-ion

Ili kuchaji betri ya Li-ion, lazima hali fulani zitimizwe. Ikiwa hatutumii hali hiyo, betri itatozwa ada ya chini au itawashwa (ikiwa imezidishwa) au itaharibiwa kabisa.

Kuna tovuti nzuri sana kujua kila kitu muhimu juu ya aina tofauti za betri na kwa kweli unajua jina la wavuti ikiwa unajua kufanya kazi kwenye betri… Ndio, nazungumzia batteryuniversity.com.

Hapa kuna kiunga cha kujua maelezo muhimu ya kuchaji betri ya Li-ion.

Ikiwa wewe ni mvivu wa kutosha kusoma nadharia zote hizo, basi kiini ni kama ifuatavyo.

1. malipo kamili ya betri ya Li-ion ya 3.7v ni 4.2v. Kwa upande wetu, betri ya Li-ion 11.1v inamaanisha betri 3 x 3.7v. Kwa malipo kamili, betri inapaswa kufikia saa 12.6v lakini kwa sababu ya usalama, sisi itaitoza hadi 12.5v.

2. Wakati betri iko karibu kufikia malipo kamili, basi ya sasa inayotolewa na betri kutoka kwa sinia inashuka hadi chini ya 3% ya uwezo uliopimwa wa betri. Kwa zamani, uwezo wa betri ya pakiti yangu ya seli ni 4400mah. Kwa hivyo wakati betri itashtakiwa kikamilifu, sasa inayotolewa na betri itafikiwa kama karibu 3% -5% ya 4400ma, kati ya 132 hadi 220ma. 190ma (karibu 4% ya uwezo uliopimwa).

3. Mchakato wa jumla wa malipo umegawanywa katika sehemu kuu mbili 1-Constant ya sasa (CC mode), 2-Constant voltage (mode ya CV). itamwarifu mtumiaji kwa malipo kamili kwa kutisha, basi betri lazima ikatwe kutoka kwa chaja)

Hali ya CC -

Katika hali ya CC, chaja inachaji betri na kiwango cha malipo cha 0.5c au 1c. Sasa kuzimu ni nini 0.5c / 1c? Kuwa rahisi, ikiwa uwezo wa betri yako ni kwa kusema 4400mah, basi katika modi ya CC, 0.5c itakuwa 2200ma na 1c itakuwa 4400ma malipo ya sasa. 'c' inasimama kwa kiwango cha malipo / kutokwa. Betri zingine pia zinasaidia 2c yaani katika hali ya CC, unaweza kuweka malipo ya sasa ya uwezo wa 2xbattery lakini hiyo ni mwendawazimu !!!!!

Lakini kuwa salama, nitachagua malipo ya sasa ya 1000ma kwa betri ya 4400mah yaani 0.22c. Kwa hali hii, chaja itafuatilia sasa inayotolewa na betri isiyojitegemea voltage ya kuchaji.ie Chaja itahifadhi 1A ya malipo ya sasa kwa kuongeza / kupunguza voltage ya pato hadi malipo ya betri kufikia 12.4v.

Hali ya CV -

Sasa wakati voltage ya betri inafikia 12.4v, chaja itahifadhi volt 12.6 (huru ya sasa inayotolewa na betri) kwa pato lake. Sasa chaja itasimamisha mzunguko wa malipo kulingana na vitu viwili. Ikiwa voltages za betri zinavuka 12.5v na pia ikiwa malipo ya sasa yanashuka chini ya 190ma (4% ya uwezo wa betri uliokadiriwa kama ilivyoelezwa hapo awali), basi mzunguko wa malipo utasimamishwa na buzzer itapigwa.

Hatua ya 2: Mpangilio na Ufafanuzi

Sasa hebu tuangalie kazi ya mzunguko. Ukimu umeambatanishwa katika muundo wa pdf katika faili ya BIN.pdf.

Voltage ya kuingiza ya mzunguko inaweza kuwa 19 / 20v. Nimetumia chaja ya zamani ya mbali kupata 19v.

J1 ni kontakt terminal ya kuunganisha mzunguko na chanzo cha voltage ya pembejeo. Q1, D2, L1, C9 inaunda ubadilishaji wa dume. Sasa je! Kuzimu ni nini ??? Hii kimsingi ni DC kwenda DC inabadilisha ubadilishaji. ya ubadilishaji, unaweza kufikia voltage inayotaka ya pato kwa kutofautisha mzunguko wa ushuru. Ikiwa unataka kujua zaidi juu ya waongofu wa bibi, kisha tembelea ukurasa huu. lakini kusema ukweli, ni tofauti kabisa na nadharia. Kutathmini maadili sahihi ya L1 & C9 kwa mahitaji yangu, ilichukua siku 3 za jaribio na kosa. Ikiwa utachaji betri tofauti, basi inawezekana kwamba maadili haya yatabadilika.

Q2 ni transistor ya dereva ya nguvu ya moshi Q1. R1 ni kinzani ya upendeleo kwa Q1. Tutalisha ishara ya pwm kwenye msingi wa Q2 kudhibiti voltage ya pato.

Sasa pato hulishwa kwa Q3. Swali linaweza kuulizwa kuwa "Je! Matumizi ya Q3 hapa ni nini?". Jibu ni rahisi sana, Inafanya kama swichi rahisi. Wakati wowote tutapima voltage ya betri, tutaifunga Q3 ili kukataza pato la kuchaji kutoka kwa kibadilishaji cha ndama. Q4 ni dereva wa Q3 na kipinzani cha upendeleo R3.

Kumbuka kuwa kuna diode D1 kwenye njia. Je, diode inafanya nini hapa kwenye njia? Jibu hili pia ni rahisi sana. Wakati wowote mzunguko utatengwa kutoka kwa nguvu ya kuingiza wakati betri imeunganishwa kwenye pato, sasa kutoka kwa betri mtiririko wa njia ya nyuma kupitia diode za mwili za MOSFET Q3 & Q1 na kwa hivyo U1 na U2 watapata voltage ya betri kwa pembejeo zao na itaimarisha mzunguko kutoka kwa voltage ya betri. Kuepuka hii, D1 hutumiwa.

Pato la D1 hulishwa kwa pembejeo ya sensorer ya sasa (IP +). Hii ni sensorer ya msingi ya athari ya ukumbi, ambayo ni sehemu ya kuhisi ya sasa na sehemu ya pato imetengwa. Pato la sensorer ya sasa (IP-) hulishwa kwa Hapa R5, RV1, R6 zinaunda mzunguko wa mgawanyiko wa voltage kupima voltage ya voltage / voltage ya pato.

ADC ya atmega8 hutumiwa hapa kupima voltage ya betri na ya sasa. ADC inaweza kupima kiwango cha juu cha 5v. Lakini tutapima kiwango cha juu cha 20v (na chumba cha kichwa). Ili kupunguza voltage kwa anuwai ya ADC, 4: Mgawanyiko wa voltage 1 unatumika. Sufuria (RV1) hutumiwa kurekebisha / kusawazisha. Nitaijadili baadaye. C6 ni kofia ya kung'oa.

Pato la sensa ya sasa ya ACS714 pia inalishwa kwa pini ya atmega8 ADC0. Kupitia sensor hii ya ACS714, tutapima ya sasa. Nina bodi ya kuzuka kutoka kwa pololu ya toleo la 5A na inafanya kazi nzuri sana. Nitazungumza juu ya hatua inayofuata kwenye jinsi ya kupima sasa.

LCD ni LCD ya kawaida ya 16x2. LCD iliyotumiwa hapa imesanidiwa katika hali 4 kidogo kwani hesabu ya pini ya atmega8 ni mdogo. RV2 ni sufuria ya kurekebisha mwangaza kwa LCD.

Atmega8 imewekwa saa 16mhz na glasi ya nje X1 na kofia mbili za kung'oa C10 / 11. Kitengo cha ADC cha atmega8 kinapewa nguvu kupitia pini ya Avcc kupitia inductor ya 10uH. kwa karibu iwezekanavyo kwa Avcc na Aref sawasawa wakati wa kutengeneza PCB. Angalia kwamba pini ya Agnd haionyeshwi kwenye mzunguko. Pini ya Agnd itaunganishwa ardhini.

Nimeweka ADC ya atmega8 kutumia Vref ya nje yaani tutasambaza voltage ya rejeleo kupitia pini ya Aref. Sababu kuu nyuma ya hii kufikia usahihi wa usomaji wa kiwango cha juu. Voltage ya ndani ya kumbukumbu ya 2.56v sio kubwa sana katika avrs. Ndio sababu niliisanidi nje. Sasa hapa kuna jambo la kugundua. 7805 (U2) inasambaza tu sensor ya ACS714 na pini ya Aref ya atmega8. Hii ni kudumisha usahihi mzuri. ACS714 inatoa voltage thabiti ya pato la 2.5v wakati hakuna mtiririko wa sasa kupitia hiyo. Lakini kwa kusema, ikiwa voltage ya usambazaji ya ACS714 itashushwa (sema 4.7v) basi hakuna voltage ya sasa ya pato (2.5v) pia itashushwa na itaunda usomaji wa sasa usiofaa / mbaya Pia tunapopima voltage kwa heshima na Vref, basi voltage ya kumbukumbu kwenye Aref lazima iwe haina makosa na thabiti. Ndio sababu tunahitaji 5v thabiti.

Ikiwa tungeweka nguvu ACS714 & Aref kutoka U1 ambayo inasambaza atmega8 na LCD, basi kutakuwa na kushuka kwa voltage kwa pato la U1 na usomaji wa ampere na voltage itakuwa ya makosa. kwa kusambaza 5v thabiti kwa Aref na ACS714 tu.

S1 imesisitizwa kudhibiti usomaji wa voltage. S2 imehifadhiwa kwa matumizi ya baadaye. Unaweza kuongeza au usiongeze kitufe hiki kulingana na chaguo lako.

Hatua ya 3: Kufanya kazi….

Wakati wa kuongezewa nguvu, atmega8 itawasha kibadilishaji cha bibi kwa kutoa pato la 25% ya pwm kwenye msingi wa Q2. Kwa upande wake, Q2 itaendesha Q1 na kibadilishaji cha bibi itaanza. kisha atmega8 inasoma voltage ya betri kupitia kigawanyaji cha kipinga. Kama hakuna betri iliyounganishwa, basi atmega8 inaonyesha ujumbe "Ingiza betri" kupitia 16x2 LCD na inasubiri betri. Ikiwa betri imeunganishwa, basi atmega8 itaangalia voltage. Kama voltage iko chini kuliko 9v, basi atmega8 itaonyesha "Betri isiyofaa" kwenye 16x2 lcd.

Ikiwa betri iliyo na zaidi ya 9v imepatikana, basi chaja itaingia kwanza kwenye modi ya CC na kuwasha moshi wa pato Q3. Modi ya Chaja (CC) itasasishwa kuonyesha mara moja. Kama voltage ya betri inapatikana zaidi ya 12.4v, basi mega8 itaondoka mara moja kwenye modi ya CC na itaingia kwenye hali ya CV. Kama voltage ya betri iko chini ya 12.4v, basi mega8 italipa malipo ya 1A sasa kwa kuongeza / kupunguza voltage ya pato ya kibadilishaji cha dume kwa mzunguko tofauti wa ushuru wa pwm Sasa ya malipo itasomwa na sensa ya sasa ya ACS714. Voltage ya pato la buck, malipo ya sasa, mzunguko wa ushuru wa PWM utasasishwa mara kwa mara kwenye LCD.

Voltage ya betri itakaguliwa kwa kuzima Q3 kila baada ya muda wa 500ms. Voltage ya betri itasasishwa mara moja kwa LCD.

Ikiwa voltage ya betri inapata volt zaidi ya 12.4 wakati wa kuchaji, basi mega8 itaondoka kwenye modi ya CC na itaingia kwenye hali ya CV. Hali ya hali hiyo itasasishwa mara moja kwa LCD.

Halafu mega8 itadumisha voltage ya pato la volt 12.6 kwa kutofautisha mzunguko wa ushuru wa dume. Hapa voltage ya betri itakaguliwa kila baada ya muda wa 1. Mara tu voltage ya betri itakuwa kubwa kuliko 12.5v, basi itakaguliwa ikiwa sasa iliyochorwa iko chini ya 190ma. Ikiwa hali zote mbili zimetimizwa, basi mzunguko wa malipo utasimamishwa kwa kuzima kabisa Q3 na buzzer itapigwa kwa kuwasha Q5. Pia mega8 itaonyesha "Charge kamili" kupitia lcd.

Hatua ya 4: Sehemu Zinazohitajika

Imeorodheshwa hapa chini ni sehemu zinazohitajika kukamilisha mradi. Tafadhali rejelea data za data kwa pinout. Sehemu tu muhimu za kiunga cha data zilizotolewa

1) ATMEGA8A x 1. (hati ya data)

2) ACS714 5A sensa ya sasa kutoka Pololu x 1 (Ninapendekeza sana kutumia sensorer kutoka Pololu kwani ndio sahihi zaidi kati ya sensorer zingine zote ambazo nimetumia. Unaweza kuipata hapa). Pinout imeelezewa kwenye picha.

3) IRF9540 x 2. (jedwali)

4) 7805 x 2 (ilipendekezwa kutoka kwa sehemu ya kweli ya Toshiba wanapotoa pato thabiti zaidi la 5v).

5) 2n3904 x 3. (jedwali)

6) 1n5820 schottky x 2. (hati ya data)

7) 16x2 LCD x 1. (hati ya data)

8) 330uH / 2A inductor ya nguvu x 1 (ilipendekezwa kutoka kwa coilmaster)

9) 10uH inductor x 1 (ndogo)

10) Resistors - (Vipinga vyote ni 1% MFR aina)

150R x 3

680R x 2

1k x 1

2k2 x 1

10k x 2

22k x 1

5k sufuria x 2 (pcb mount type)

11) Capacitors

Kumbuka: Sikutumia C4. Hakuna haja ya kuitumia ikiwa unatumia usambazaji wa Laptop / Ugavi wa umeme uliodhibitiwa kama chanzo cha nguvu cha 19v

100uF / 25v x 3

470uF / 25v x 1

1000uF / 25v x 1

100n x 8

22p x 2

12) PCB mlima kushinikiza kitufe kubadili x 2

13) 20v Buzzer x 1

14) 2 pini Kontakt block block x 2

15) Baraza la Mawaziri (Nilitumia baraza la mawaziri kama hili.) Unaweza kutumia chochote unachopenda.

16) 19v usambazaji wa umeme wa mbali (nilibadilisha usambazaji wa nguvu ya laptop ya hp, Unaweza kutumia usambazaji wa nguvu ya aina yoyote kama unavyotaka. Ikiwa unataka kujenga moja, basi tembelea mafundisho yangu haya.)

17) Kuzama kwa joto la wastani kwa U1 & Q1. Unaweza kutumia aina hii, au unaweza kurejelea picha zangu za mzunguko. Lakini hakikisha kutumia kuzama kwa joto kwa wote wawili.

18) Kiunganishi cha ndizi - Kike (Nyeusi na Nyekundu) x 1 + Kiume (Nyeusi na Nyekundu) (kulingana na mahitaji yako ya viunganishi)

Hatua ya 5: Wakati wa kukokotoa ……

Hesabu ya kipimo cha Voltage:

Voltage kubwa, tutapima kutumia atmega8 adc ni 20v. Lakini adc ya atmega8 inaweza kupima kiwango cha juu cha 5v. Kwa hivyo ili kufanya 20v kati ya 5v anuwai, mgawanyiko wa voltage 4: 1 hutumiwa hapa (kama 20v / 4 = 5v). Kwa hivyo tunaweza kutekeleza hiyo kwa kutumia tu vipinzani viwili, lakini kwa upande wetu, nimeongeza sufuria kati ya vipinga mbili vilivyowekwa ili tuweze kurekebisha usahihi kwa kugeuza sufuria. Azimio la ADC ni 10bit yaani adc itawakilisha 0v hadi 5v kama 0 hadi 1023 nambari za decimal au 00h hadi 3FFh. ('h' inasimama kwa nambari za hex) Rejea imewekwa 5v nje kupitia pini ya Aref.

Kwa hivyo kiwango cha kupima =

Tuseme tutapata usomaji wa adc wa 512. Halafu voltage iliyopimwa itakuwa -

(512 x 5 x 4) / 1023 = 10v

Hesabu ya kipimo cha sasa:

ACS714 itatoa pato thabiti la 2.5v kwenye pini nje wakati hakuna sasa itatiririka kutoka IP + kuelekea IP-. Itatoa 185mv / A juu ya 2.5v, kwa kusema, ikiwa 3A sasa inapita kupitia mzunguko, acs714 itatoa 2.5v + (0.185 x 3) v = 3.055v kwenye pini nje.

Kwa hivyo fomula ya kipimo cha sasa ni kama ifuatavyo -

Iliyopimwa ya sasa = (((kusoma adc) * (Vref = 5v) / 1023) -2.5) /0.185.

kwa kusema, kusoma kwa adc ni 700, basi kipimo cha sasa kitakuwa - (((700 x 5) / 1023) - 2.5) /0.185 = 4.98A.

Hatua ya 6: Programu

Programu hiyo imeandikishwa katika Winavr ikitumia GCC. Nimebadilisha nambari kama vile nimeunda maktaba tofauti kama maktaba ya adc, maktaba ya LCD nk Maktaba ya adc ina amri zinazohitajika za kusanidi na mwingiliano na adc. Unaweza pia kutumia lcd_updated _library.c kama mlolongo wa kuanza kwa lcd umebadilishwa katika maktaba hii. Ikiwa unataka kutumia maktaba iliyosasishwa, basi ibadilishe jina na lcd.c

Faili kuu ina kazi kuu. Itifaki ya kuchaji ya li-ion imeandikwa hapa. Tafadhali fafanua ref_volt katika main.c kwa kupima pato la U2 (7805) na multimeter sahihi kupata usomaji sahihi kama mahesabu ni msingi wake.

Unaweza kuchoma faili ya.hex moja kwa moja kwenye mega8 yako kupitisha kichwa.

Kwa wale, ambao wanataka kuandika itifaki nyingine ya malipo, nimeweka maoni ya kutosha ambayo hata mtoto anaweza kuelewa kinachoendelea kwa kila utekelezaji wa laini. Lazima uandike itifaki yako ya aina tofauti ya betri. Ikiwa unatumia Li- ioni ya voltage tofauti, lazima ubadilishe tu vigezo. (Ingawa hii haijajaribiwa kwa li-ion nyingine / aina nyingine ya betri. Lazima uifanye mwenyewe)

Ninapendekeza sana usijenge mzunguko huu, ikiwa huu ni mradi wako wa kwanza au wewe ni mpya kwa umeme ndogo / umeme wa umeme.

Nimepakia kila faili kama muundo wa asili isipokuwa Makefile kwani inaleta shida kufungua. Nimepakia katika fomati ya.txt. Nakili tu yaliyomo na ubandike kwenye Makefile mpya na ujenge mradi wote. Voila… uko tayari kuchoma faili ya hex.

Hatua ya 7: Nadharia ya Kutosha…..wacha tuifanye Buld

Hapa kuna picha za mfano wangu kutoka kwa ubao wa mkate hadi kukamilika kwa pcb. Tafadhali pitia maelezo ya picha ili kujua zaidi. Picha zimepangwa mfululizo kuanzia mwanzo hadi mwisho.

Hatua ya 8: Kabla ya Mzunguko wa Chaji ya Kwanza ……. Calibrate !!!

Kabla ya kuchaji betri kwa kutumia chaja, lazima uipishe kwanza. Vinginevyo haitaweza kuchaji betri / kuiongezea.

Kuna aina mbili za calibration 1) Voltage calibration. 2) Ulinganishaji wa sasa. Hatua ni kama ifuatavyo ili usuluhishe.

Mara ya kwanza, pima voltage ya pato ya U2. Halafu fafanua katika main.c kama ref_volt. Mine ilikuwa 5.01. Ibadilishe kulingana na kipimo chako. Hii ni hatua kuu muhimu kwa Voltage & calibration ya sasa. Kwa upimaji wa sasa, hakuna kitu. kila kitu ni muhimu. Kila kitu kitatunzwa na programu yenyewe

Sasa kwa vile umechoma faili ya hex baada ya kufafanua vol vol katika main.c, uua nguvu ya kitengo.

Sasa pima voltage ya betri ambayo utachaji kwa kutumia multimeter na unganisha betri kwenye kitengo.

Sasa bonyeza kitufe cha S1 na ushikilie na uweke nguvu wakati kitufe kinabanwa. Kisha ucheleweshaji mfupi wa takriban 1s, toa kitufe cha S1. Kumbuka kuwa kitengo hakiingii katika hali ya upimaji ikiwa unawezesha mzunguko kwanza, kisha bonyeza S1.

Sasa unaweza kuona katika onyesho kwamba mzunguko umeingia katika hali ya upimaji. "Modi ya cal" itaonyeshwa kwenye LCD pamoja na voltage ya betri. Sasa linganisha voltage ya betri iliyoonyeshwa kwenye LCD na usomaji wako wa multimeter kwa kugeuza sufuria Baada ya kumaliza, bonyeza kitufe cha S1 tena, ishikilie kwa karibu sekunde moja na uiachilie. Utakuwa nje ya hali ya upimaji. Tena upya upya sinia kwa kuzima na kuwasha.

Mchakato hapo juu unaweza pia kufanywa bila betri iliyounganishwa. Lazima uunganishe chanzo cha nguvu cha nje kwa kituo cha pato (J2). Baada ya kuingia kwenye hali ya upimaji, sawazisha ukitumia sufuria. Lakini wakati huu kwanza ondoa chanzo cha nguvu cha nje kisha bonyeza S1 kutoka kwa hali ya upimaji. Hii ni muhimu kwanza kukataza chanzo cha nguvu cha nje ili kuepuka aina yoyote ya utendakazi wa vitengo vyovyote.

Hatua ya 9: Kuwasha Baada ya Upimaji…..sasa Uko Tayari kwa Mwamba

Sasa kama hesabu imekamilika, sasa una uwezo wa kuanza mchakato wa kuchaji.. Ambatisha betri kwanza, kisha washa kitengo. Pumzika itatunzwa na chaja.

Mzunguko wangu unafanya kazi kwa 100% na umejaribiwa. Lakini ikiwa utaona chochote, tafadhali nijulishe. Pia jisikie huru kuwasiliana kwa maswali yoyote.

Jengo la furaha.

Rgds // Sharanya