Aku mahtuvuse tester Arduino abil [liitium-NiMH-NiCd]: 15 sammu (koos piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Funktsioonid:

• Tuvastage võlts liitium-ioon/liitiumpolümeer/NiCd/NiMH aku
• Reguleeritav konstantse voolu koormus (saab ka kasutaja poolt muuta)
• Võimalik mõõta peaaegu igat tüüpi aku võimsust (alla 5 V)
• Lihtne jootmine, ehitamine ja kasutamine isegi algajatele (kõik komponendid on kastetud)
• LCD kasutajaliides

Spetsifikatsioonid:

• Tahvli toide: 7V kuni 9V (max)
• Aku sisend: 0-5V (max)-vastupidine polaarsus puudub Pidev
• Praegune koormus: 37 mA kuni 540 mA (max) - 16 sammu - kasutaja saab seda muuta

Aku võimsuse tõeline mõõtmine on paljude stsenaariumide jaoks hädavajalik. Võimsuse mõõtmise seade võib lahendada ka võltspatareide avastamise probleemi. Tänapäeval on võltsitud liitium- ja NiMH -akusid kõikjal, mis ei vasta nende reklaamitud võimsusele. Mõnikord on tõelisel ja võltspatareil raske vahet teha. See probleem esineb varuakude turul, näiteks mobiiltelefonide akud. Lisaks on paljudel juhtudel hädavajalik määrata kasutatud aku (näiteks sülearvuti aku) maht. Selles artiklis õpime ehitama kuulsa Arduino-Nano plaadi abil aku mahtuvuse mõõtmise vooluringi. Olen projekteerinud trükkplaadi plaatide jaoks. Nii et isegi algajad saavad seadet jootma ja kasutada.

1: Vooluahela analüüs Joonis 1 näitab seadme skemaatilist diagrammi. Vooluahela tuum on Arduino-Nano plaat.

1. samm: joonis 1, aku mahtuvusmõõteseadme skemaatiline skeem

IC1 on LM358 [1] kiip, mis sisaldab kahte operatsioonivõimendit. R5 ja C7 ehitavad madalpääsfiltri, mis muundab PWM impulsi alalispingeks. PWM sagedus on umbes 500 Hz. Kasutasin PWM-i ja filtri käitumise uurimiseks ostsilloskoopi Siglent SDS1104X-E. Ühendasin CH1 PWM väljundiga (Arduino-D10) ja CH2 filtri väljundiga (joonis 2). Filtri sagedusreaktsiooni ja selle katkestamissagedust saate isegi praktikas uurida koodipildi järgi, mis on üks SDS1104X-E toredaid funktsioone.

2. etapp: joonis 2, PWM-signaal (CH1: 2V/div) ja tulemus pärast R5-C7 RC-filtri läbimist (CH2: 50mV/div)

R5 on 1M takisti, mis piirab tohutult voolu, kuid filtri väljund läbib opampi (IC1 teine opamp) pinge jälgija konfiguratsioonis. IC1, R7 ja Q2 esimene opamp loob konstantse vooluahela. Siiani oleme ehitanud PWM -i juhitava püsivoolukoormuse.

Kasutajaliidesena kasutatakse 2*16 LCD -ekraani, mis muudab juhtimise/reguleerimise lihtsaks. R4 potentsiomeeter määrab LCD kontrasti. R6 piirab taustvalgustuse voolu. P2 on 2 tihvtiga Molexi pistik, mida kasutatakse 5 V summeri ühendamiseks. R1 ja R2 on puutetundlike lülitite tõmbetakistid. C3 ja C4 kasutatakse surunuppude vabastamiseks. C1 ja C1 kasutatakse vooluahela toitepinge filtreerimiseks. C5 ja C6 kasutatakse pideva vooluahela müra filtreerimiseks, et mitte halvendada ADC muundamise jõudlust. R7 toimib Q2 MOSFETi koormusena.

1-1: Mis on alalisvoolu alalisvoolu koormus?

Pidev voolukoormus on vooluahel, mis tõmbab alati konstantse voolu, isegi kui sisendpinge varieerub. Näiteks kui ühendame püsivoolukoormuse toiteallikaga ja seame voolu väärtuseks 250 mA, ei muutu voolutugevus isegi siis, kui sisendpinge on 5 V või 12 V või mis iganes. See pideva vooluahela funktsioon võimaldab meil ehitada aku mahtuvuse mõõteseadet. Kui kasutame koormusena lihtsat takistit aku mahtuvuse mõõtmiseks, väheneb aku pinge vähenedes ka vool, mis muudab arvutused keeruliseks ja ebatäpseks.

2: trükkplaat

Joonisel 3 on kujutatud vooluringi kavandatud trükkplaadi paigutus. Komponentide paigaldamiseks kasutatakse plaadi mõlemat külge. Kui kavatsen kavandada skeemi/trükkplaati, kasutan alati SamacSys komponenditeeke, sest need teegid järgivad tööstuslikke IPC standardeid ja kõik on tasuta. Kasutasin neid teeke IC1 [2], Q2 [3] jaoks ja isegi leidsin Arduino-Nano (AR1) [4] raamatukogu, mis säästis palju projekteerimisajast. Kasutan tarkvara Altium Designer CAD, seega kasutasin komponentide raamatukogude installimiseks pistikprogrammi Altium [5]. Joonis 4 näitab valitud komponente.

3. samm: joonis 3, aku mahtuvuse mõõtmisahela trükkplaat

Kui kavatsen kavandada skeemi/PCB, kasutan alati SamacSys komponenditeeke, sest need teegid järgivad tööstuslikke IPC standardeid ja kõik on tasuta. Kasutasin neid teeke IC1 [2], Q2 [3] jaoks ja isegi leidsin Arduino-Nano (AR1) [4] raamatukogu, mis säästis palju projekteerimisajast. Kasutan tarkvara Altium Designer CAD, seega kasutasin komponentide raamatukogude installimiseks pistikprogrammi Altium [5]. Joonis 4 näitab valitud komponente.

Samm 4: Joonis 4, SamacSys Altiumi pistikprogrammi installitud komponendid

Trükkplaat on veidi suurem kui 2*16 LCD, et mahutada kolme puutetundlikku nuppu. Joonistel 5, 6 ja 7 on näidatud tahvli 3D -vaated.

5. samm: joonis 5: 3D -vaade kokkupandud PCB -plaadist (TOP), joonis 6: 3D -vaade kokkupandud PCB -plaadist (külg), joonis 7: 3D -vaade kokkupandud PCB -plaadist (alt)

3: kokkupanek ja test Kasutasin kiire prototüübi loomiseks ja vooluahela testimiseks pooltehtud PCB-plaati. Joonis 8 näitab tahvli pilti. Te ei pea mind jälgima, vaid tellige PCB professionaalsele PCB -tootmisettevõttele ja ehitage seade. R4 jaoks peaksite kasutama seisvat potentsiomeetrit, mis võimaldab teil LCD -ekraani kontrastsust reguleerida plaadi küljelt.

6. etapp: joonis 8: esimese prototüübi pilt pooltehtud PCB-plaadil

Pärast komponentide jootmist ja katsetingimuste ettevalmistamist oleme valmis oma vooluringi katsetama. Ärge unustage MOSFETile paigaldada suurt jahutusradiaatorit (Q2). Valisin R7 3-oomiliseks takistiks. See võimaldab meil tekitada püsivoolusid kuni 750 mA, kuid koodis seadsin maksimaalse voolu kuskil 500 mA, mis on meie eesmärgiks piisav. Takisti väärtuse alandamine (näiteks 1,5 oomini) võib tekitada suuremat voolu, kuid peate kasutama võimsamat takisti ja muutma Arduino koodi. Joonis 9 näitab plaati ja selle välisjuhtmeid.

Samm 7: Joonis 9: Aku mahtuvuse mõõteseadme juhtmestik

Valmistage toite sisendisse pinge umbes 7–9 V. Olen kasutanud Arduino plaadi regulaatorit +5V rööpa valmistamiseks. Seetõttu ärge kunagi sisestage toite sisendile kõrgemat pinget kui 9 V, muidu võite regulaatori kiipi kahjustada. Tahvel lülitatakse sisse ja LCD-ekraanil peaksite nägema sama teksti nagu joonisel 10. Kui kasutate sinist taustvalgustusega 2*16 LCD-ekraani, tarbib vooluahel umbes 75 mA.

8. samm: Joonis 10: Õige vooluahela sisselülitamise näidik LCD-ekraanil

Umbes 3 sekundi pärast kustutatakse tekst ja järgmisel ekraanil saate üles/alla vajutatavate nuppudega reguleerida püsivoolu väärtust (joonis 11).

9. samm: joonis 11: püsivoolukoormuse reguleerimine üles/alla vajutatavate nuppude abil

Enne aku ühendamist seadmega ja selle võimsuse mõõtmist saate vooluahelat toiteallika abil uurida. Selleks ühendage toiteallikaga pistik P3.

Tähtis: Ärge kunagi rakendage aku sisendile pinget, mis on kõrgem kui 5 V või vastupidises polaarsuses, vastasel juhul kahjustate Arduino digitaalset muunduri tihvti jäädavalt

Määrake soovitud voolupiirang (näiteks 100 mA) ja mängige oma toitepingega (jääge alla 5 V). Nagu näete mis tahes sisendpinge puhul, jääb vooluhulk terveks. See on täpselt see, mida me tahame! (Joonis 12).

10. etapp: joonis 12: vooluhulk jääb konstantseks isegi pinge kõikumiste ees (testitud 4,3 V ja 2,4 V sisenditega)

Kolmas nupp on Lähtesta. See tähendab, et ta lihtsalt taaskäivitab plaadi. See on kasulik, kui kavatsete uuesti alustada protseduuri, et testida erinevat võid.

Igatahes olete nüüd kindel, et teie seade töötab laitmatult. Saate vooluvõrgust lahti ühendada ja ühendada aku aku sisendiga ning määrata soovitud voolupiirangu.

Enda testi alustamiseks valisin uhiuue 8, 800 mA liitium-ioonaku (joonis 13). Tundub fantastiline määr, kas pole ?! Aga ma ei suuda seda kuidagi uskuda:-), nii et proovime seda.

11. samm: joonis 13: 8, 800 mA liitium-ioonaku, päris või võlts ?

Enne liitiumaku ühendamist plaadiga peame selle laadima, nii et palun valmistage oma toiteallikaga ette fikseeritud 4,20 V (500 mA CC piirang või madalam) (näiteks kasutades eelmises artiklis toodud muutuva lülitusega toiteallikat) ja laadige aku, kuni vooluhulk jõuab madalale tasemele. Ärge laadige tundmatut akut suure vooluga, sest me pole selle tegelikus mahutavuses kindlad! Kõrge laadimisvool võib aku plahvatada! Ole ettevaatlik. Selle tulemusena ma järgisin seda protseduuri ja meie 8, 800 mA aku on valmis võimsuse mõõtmiseks.

Ma kasutasin aku hoidikut plaadi ühendamiseks. Kasutage kindlasti jämedaid ja lühikesi juhtmeid, millel on madal takistus, kuna juhtmete toite hajumine põhjustab pingelanguse ja ebatäpsuse.

Seadke voolutugevus 500 mA ja vajutage pikalt nuppu „ÜLES”. Seejärel peaksite kuulda piiksu ja protseduur algab (joonis 14). Seadsin väljalülituspingeks (madal aku lävi) 3,2 V. Soovi korral saate seda künnist koodis muuta.

12. samm: joonis 14: aku mahutavuse arvutamise protseduur

Põhimõtteliselt peaksime arvutama aku eluea enne, kui selle pinge jõuab madala tasemeni. Joonisel 15 on näidatud aeg, mil seade ühendab alalisvoolu koormuse akult (3,2 V) lahti ja tehakse arvutused. Seade annab ka kaks pikka piiksu, mis näitavad protseduuri lõppu. Nagu vedelkristallekraanilt näha, on aku tegelik maht 1, 190mAh, mis on väidetavast mahust kaugel! Sama protseduuri saate teha mis tahes aku (alla 5 V) testimiseks.

13. samm: joonis 15: 8 800 mA liitium-ioonaku tegelik arvutusmaht

Joonis 16 näitab selle vooluahela materjalide nimekirja.

14. samm: joonis 16: materjalide arve

15. samm: viited

Artikli allikas:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: