DIY Arduino aku mahtuvuse tester - V2.0: 11 sammu (piltidega)

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

Tänapäeval on võltsitud liitium- ja NiMH -akusid kõikjal, mida müüakse reklaamides, kui nende tegelik mahutavus on suurem. Nii et tõelisel ja võltspatareil on tõesti raske vahet teha. Samamoodi on raske teada salvestatud 18650 sülearvuti akude mahtuvust. Seega on patareide tegeliku võimsuse mõõtmiseks vaja seadet.

Aastal 2016 olen kirjutanud juhendi "Arduino Capacity Tester - V1.0", mis oli väga lihtne ja lihtne seade. Varasem versioon põhines Ohmi seadusel. Katsetatav aku tühjeneb läbi kindla takisti, voolu ja aja kestust mõõdetakse Arduino abil ning võimsus arvutatakse, korrutades mõlemad näidud (tühjenemisvool ja aeg).

Varasema versiooni puuduseks oli see, et testimise ajal väheneb aku pinge vähenedes ka vool, mis muudab arvutused keeruliseks ja ebatäpseks. Selle ületamiseks olen teinud V2.0, mis on konstrueeritud nii, et vool püsib kogu tühjendusprotsessi vältel konstantsena. Tegin selle seadme, inspireerides MyVanitari originaalset disaini

Capacity Tester V2.0 peamised omadused on järgmised:

1. Võimalik mõõta AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer ja Li FePO4 aku mahtuvust. See sobib peaaegu igale akule, mille nimiväärtus on alla 5 V.

2. Kasutajad saavad tühjendusvoolu seadistada nuppude abil.

3. OLED kasutajaliides

4. Seadet saab kasutada elektroonilise koormusena

Värskendatud 02.12.2019

Nüüd saate PCBWaylt tellida trükkplaadi ja komponendid komplektina

Vastutusest loobumine: Pange tähele, et töötate liitium-ioonakuga, mis on väga plahvatusohtlik ja ohtlik. Ma ei saa vastutada vara kaotamise, kahjustuste või inimkaotuste eest, kui see juhtub. See õpetus on kirjutatud neile, kellel on teadmisi laetava liitium-ioontehnoloogia kohta. Palun ärge proovige seda, kui olete algaja. Olge turvaline.

Tarvikud

Kasutatud komponendid

Nüüd tellige PCB ja kõik selle komponendi koostamiseks vajalikud komponendid PCBWay komplektist

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. 0,96 -tolline OLED -ekraan: Amazon / Banggood

5. Keraamiline takisti: Amazon / Banggood

6. Kondensaator 100nF: Amazon / Banggood

7. Kondensaator 220uF: Amazon / Banggood

8. Takistid 4.7K & 1M: Amazon / Banggood

9. Nupp: Amazon / Banggood

10. Nuppude kork: Aliexpress

11. Kruviklemm: Amazon / Banggood

12. Prototüüp: Amazon / Banggood

13. PCB Stand-off: Amazon / Banggood

14. Heatshrink Tubing: Amazon/ Banggood

15. Heatsink: Aliexpress

Kasutatud tööriistad

1. Jootekolb: Amazon / Banggood

2. Klambrimõõtja: Amazon / Banggood

3. Multimeeter: Amazon / Banggood

4. Kuumaõhupuhur: Amazon / Banggood

5. Traadi lõikur: Amazon / Banggood

6. Traadi eemaldaja: Amazon / Banggood

Samm: skemaatiline skeem

Kogu skeem on jagatud järgmisteks osadeks:

1. Toiteahel

2. Pideva voolu koormusring

3. Aku pinge mõõtmise ahel

4. Kasutajaliidese ahel

5. Signaali ahel

1. Toiteahel

Toiteahel koosneb alalisvoolu pistikust (7–9 V) ja kahest filtrikondensaatorist C1 ja C2. Väljundvõimsus (Vin) on ühendatud Arduino pin Vin -ga. Siin kasutan Arduino pardal olevat pingeregulaatorit, et alandada pinget 5 V-ni.

2. Pideva voolu koormusring

Vooluahela põhikomponent on Op-amp LM358, mis sisaldab kahte operatsioonivõimendit. Arduino tihvti D10 PWM-signaal filtreeritakse madalpääsfiltriga (R2 ja C6) ja suunatakse teise operatsioonivõimendisse. Teise op-võimendi väljund on ühendatud pinge jälgija konfiguratsioonis esimese op-võimendiga. LM358 toiteallikat filtreeritakse lahtiühendava kondensaatoriga C5.

Esimene op-amp, R1 ja Q1 ehitavad konstantse voolu koormusahela. Nüüd saame voolu juhtida läbi koormustakisti (R1), muutes PWM -signaali impulsi laiust.

3. Aku pinge mõõtmise ahel

Aku pinget mõõdetakse Arduino analoogsisendiga A0. Kahte kondensaatorit C3 ja C4 kasutatakse pideva vooluahela müra filtreerimiseks, mis võib halvendada ADC muundamise jõudlust.

4. Kasutajaliidese ahel

Kasutajaliidese ahel koosneb kahest nupust ja 0,96 I2C OLED-ekraanist. Üles ja alla vajutamise nupp on PWM-impulsi laiuse suurendamiseks või vähendamiseks. R3 ja R4 on üles-alla tõukamiseks takistid -nupud. C7 ja C8 kasutatakse nuppude väljalülitamiseks. Kolmandat nuppu (RST) kasutatakse Arduino lähtestamiseks.

5. Signaali ahel

Summuriahelat kasutatakse katse alguse ja lõpu hoiatamiseks. 5 V helisignaal on ühendatud Arduino digitaalse tihvtiga D9.

Samm 2: Kuidas see toimib?

Teooria põhineb ühtsusvõimendina konfigureeritud OpAmp inverteeriva (pin-2) ja mitte-inverteeriva (pin-3) sisendi pingete võrdlusel. Kui seadistate PWM-signaali reguleerimisega mitteinverteeriva sisendi pinge, avab opamp-väljund MOSFET-i värava. MOSFETi sisselülitamisel jookseb vool läbi R1, tekitab see pingelanguse, mis annab OpAmpile negatiivse tagasiside. See juhib MOSFET-i nii, et selle inverteeriva ja mitte-inverteeriva sisendi pinged on võrdsed. Seega on koormustakist läbiv vool võrdeline OpAmp mitteinverteeriva sisendi pingega.

Arduino PWM -signaal filtreeritakse madalpääsfiltriahela (R2 ja C1) abil. PWM-signaali ja filtriahela jõudluse testimiseks ühendasin oma DSO ch-1 sisendisse ja ch-2 filtriahela väljundisse. Väljundlainekuju on näidatud ülal.

3. samm: võimsuse mõõtmine

Siin tühjendatakse aku madalale lävipingele (3,2 V).

Aku maht (mAh) = vool (I) mA x aeg (T) tundides

Ülaltoodud võrrandist on selge, et aku mahtuvuse (mAh) arvutamiseks peame teadma voolu mA -s ja aega tundides. Kavandatud vooluahel on konstantse voolu koormusahel, nii et tühjendusvool jääb kogu katseperioodi jooksul konstantseks.

Väljalaskevoolu saab reguleerida, vajutades üles ja alla nuppu. Aja kestust mõõdetakse Arduino koodi taimeriga.

Samm: vooluringi tegemine

Eelmistes sammudes olen selgitanud vooluahela iga komponendi funktsiooni. Enne viimase plaadi valmistamist hüppamist katsetage vooluringi kõigepealt leivaplaadil. Kui vooluring töötab leivaplaadil ideaalselt, liikuge prototüüpplaadi komponentide jootmiseks.

Kasutasin 7cm x 5cm prototüüpplaati.

Nano paigaldamine: lõigake esmalt kaks rida naissoost otsikut, mõlemas 15 tihvti. Päiste lõikamiseks kasutasin diagonaalset nipplit. Seejärel jootke päise tihvtid. Veenduge, et kahe rööpa vaheline kaugus sobiks Arduino nanoga.

OLED -ekraani paigaldamine: lõigake 4 -tihvtidega emane päis. Seejärel jootke see joonisel näidatud viisil.

Klemmide ja komponentide paigaldamine: jootke ülejäänud komponendid, nagu piltidel näidatud.

Juhtmestik: tehke juhtmestik vastavalt skeemile. Juhtmete tegemiseks kasutasin värvilisi juhtmeid, et saaksin neid hõlpsalt tuvastada.

Samm: OLED -ekraan

Aku pinge, tühjenemisvoolu ja võimsuse kuvamiseks kasutasin 0,96 -tollist OLED -ekraani. Selle eraldusvõime on 128x64 ja see kasutab Arduinoga suhtlemiseks I2C -bussi. Kasutatakse kahte kontakti SCL (A5), SDA (A4) Arduino Unos. suhtlemiseks.

Kasutan parameetrite kuvamiseks raamatukogu Adafruit_SSD1306.

Esiteks peate alla laadima Adafruit_SSD1306. Seejärel paigaldas selle.

Ühendused peaksid olema järgmised

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

6. samm: hoiatussignaal

Katse alguse ja võistluse ajal hoiatuste andmiseks kasutatakse piesosummerit. Summuril on kaks klemmi, pikem on positiivne ja lühem jalg on negatiivne. Uue helisignaali kleebisel on ka " +", mis näitab positiivset terminali.

Kuna prototüüpplaadil ei ole summeri paigutamiseks piisavalt ruumi, ühendasin summeri kahe juhtme abil põhiplaadi külge. Katmata ühenduse isoleerimiseks olen kasutanud termokahanevaid torusid.

Ühendused peaksid olema järgmised

Arduino helisignaal

D9 Positiivne klemm

GND negatiivne terminal

7. samm: seiskamiste paigaldamine

Pärast jootmist ja juhtmestikku paigaldage eraldusjooned 4 nurka. See tagab jootekohtadele ja juhtmetele maapinnast piisava vahemaa.

8. samm: trükkplaatide kujundamine

Olen joonistanud skeemi, kasutades EasyEDA veebitarkvara, pärast seda lülitades PCB paigutusele.

Kõik skeemile lisatud komponendid peaksid olema seal, üksteise peale virnastatud, valmis paigutamiseks ja suunamiseks. Lohistage komponente, haarates selle padjadest. Seejärel asetage see ristkülikukujulise piirjoone sisse.

Paigutage kõik komponendid nii, et plaat võtaks minimaalselt ruumi. Mida väiksem on plaadi suurus, seda odavam on trükkplaadi tootmiskulu. See on kasulik, kui sellel plaadil on mõned kinnitusavad, et seda saaks korpusesse paigaldada.

Nüüd tuleb marsruutida. Marsruutimine on kogu selle protsessi kõige lõbusam osa. See on nagu mõistatuse lahendamine! Jälgimistööriista abil peame ühendama kõik komponendid. Kahe erineva raja kattumise vältimiseks ja radade lühemaks muutmiseks võite kasutada nii ülemist kui ka alumist kihti.

Tahvlile teksti lisamiseks saate kasutada kihti Siid. Samuti saame sisestada pildifaili, nii et lisan tahvlile oma veebisaidi logo pildi. Lõpuks peame vaskpiirkonna tööriista abil looma trükkplaadi maapinna.

Saate selle tellida saidilt PCBWay.

5 USD kupongi saamiseks registreeruge kohe PCBWay'le. See tähendab, et teie esimene tellimus on tasuta, vaid peate tasuma saatekulud.

Kui esitate tellimuse, saan PCBWaylt 10% annetuse oma panuse andmiseks minu töösse. Teie väike abi võib julgustada mind tulevikus veelgi vingemat tööd tegema. Täname koostöö eest.

Samm: pange PCB kokku

Jootmiseks vajate korralikku jootekolvi, jootet, nippi ja multimeetrit. Hea tava on komponentide jootmine vastavalt nende kõrgusele. Jootke esmalt väiksema kõrgusega komponendid.

Komponentide jootmiseks võite järgida järgmisi samme:

1. Lükake komponendi jalad läbi nende aukude ja keerake trükkplaat seljale.

2. Hoidke jootekolvi otsa padja ja komponendi jala ristmikul.

3. Söötke jootetoru liigendisse nii, et see voolab kogu juhtme ümber ja katab padja. Kui see on ümberringi voolanud, liigutage ots eemale.

Samm: tarkvara ja teegid

Esiteks laadige alla lisatud Arduino kood. Seejärel laadige alla järgmised teegid ja installige need.

Raamatukogud:

Laadige alla ja installige järgmised teegid:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

Koodis peate muutma kahte järgmist asja.

1. Massiivi praegused väärtused: seda saab teha, ühendades multimeetri jadaga akuga. Vajutage ülesnuppu ja mõõtke voolu, praegused väärtused on massiivi elemendid.

2. Vcc: kasutate multimeetrit, et mõõta pinget Arduino 5V tihvti juures. Minu puhul on see 4.96V.

Uuendatud 20.11.2019

Aku keemia järgi saate koodis Low_BAT_Level väärtust muuta. Parem on võtta veidi varu allpool toodud katkestuspingele.

Siin on erinevate liitium-ioonakude keemiate tühjenemiskiirused ja piirpinged:

1. Liitiumkoobaltoksiid: katkestuspinge = 2,5 V 1C tühjenemiskiirusel

2. Liitium-mangaanoksiid: katkestuspinge = 2,5 V 1C tühjenemiskiirusel

3. Liitium raudfosfaat: katkestuspinge = 2,5 V 1C tühjenemiskiirusel

4. Liitiumnitaat: katkestuspinge = 1,8 V 1C tühjenemiskiirusel

5. Liitium-nikkel-mangaankoobaltoksiid: katkestuspinge = 2,5 V 1C tühjenemiskiirusel

6. Liitium-nikkel-koobalt-alumiiniumoksiid: katkestuspinge = 3,0 V 1C tühjenemiskiirusel

Uuendatud 01.04.2020

jcgrabo soovitas täpsuse parandamiseks esialgses disainis teha mõningaid muudatusi. Muudatused on loetletud allpool:

1. Lisage täpsusviide (LM385BLP-1.2) ja ühendage see A1-ga. Lugege seadistamise ajal selle väärtust, mis on teadaolevalt 1,215 volti, ja seejärel arvutage Vcc, välistades vajaduse Vcc mõõtmiseks.

2. Asendage 1 oomi 5% takisti 1 oomi 1% võimsustakisti vastu, vähendades seeläbi takistuse väärtusest sõltuvaid vigu.

3. Selle asemel, et kasutada iga praeguse sammu jaoks kindlat PWM -väärtuste komplekti (5 sammuga), looge soovitud vooluväärtuste massiiv, mida kasutati vajalike PWM -väärtuste arvutamiseks, et saavutada need praegused väärtused võimalikult lähedal. Ta järgnes sellele, arvutades välja tegelikud praegused väärtused, mis saavutatakse arvutatud PWM väärtustega.

Ülaltoodud muudatusi kaaludes muutis ta koodi ja jagas seda kommentaaride jaotises. Muudetud kood on lisatud allpool.

Suur tänu teile jcgrabo väärtusliku panuse eest minu projekti. Loodan, et see parandus on abiks paljudele teistele kasutajatele.

Samm 11: Järeldus

Vooluahela testimiseks laadisin kõigepealt oma ISDT C4 laadijaga hea Samsung 18650 aku. Seejärel ühendage aku aku klemmiga. Nüüd seadke vool vastavalt oma vajadustele ja vajutage pikalt nuppu „ÜLES”. Seejärel peaksite kuulda piiksu ja katseprotseduur algab. Katse ajal jälgite kõiki OLED -ekraanil olevaid parameetreid. Aku tühjeneb seni, kuni selle pinge jõuab madala tasemeni (3,2 V). Katseprotsess lõpetatakse kahe pika piiksuga.

Märkus. Projekt on alles arendusjärgus. Paranduste tegemiseks võite minuga liituda. Esitage kommentaare, kui teil on vigu või vigu. Kavandan selle projekti jaoks trükkplaadi. Olge projektiga kursis, et saada rohkem värskendusi.

Loodan, et minu õpetusest on abi. Kui teile meeldib, ärge unustage jagada:) Tellige rohkem DIY projekte. Aitäh.