Akun kapasiteettimittari Arduinolla [Lithium-NiMH-NiCd]: 15 vaihetta (kuvien kanssa)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Ominaisuudet:

• Tunnista väärennetty litium-ioni/litiumpolymeeri/NiCd/NiMH-akku
• Säädettävä vakiovirtakuormitus (käyttäjä voi myös muokata)
• Pystyy mittaamaan melkein minkä tahansa akun kapasiteetin (alle 5 V)
• Helppo juottaa, rakentaa ja käyttää, myös aloittelijoille (kaikki komponentit ovat Dip)
• LCD -käyttöliittymä

Tekniset tiedot:

• Kortin syöttö: 7V - 9V (maksimi)
• Akkutulo: 0-5V (maksimi)-ei käänteistä napaisuutta Vakio
• Nykyinen kuormitus: 37mA - 540mA (maksimi) - 16 vaihetta - käyttäjä voi muokata

Akun kapasiteetin todellinen mittaus on välttämätöntä monissa tilanteissa. Kapasiteetin mittauslaite voi ratkaista myös väärennettyjen paristojen havaitsemisen ongelman. Nykyään väärennettyjä litium- ja NiMH -akkuja on kaikkialla, jotka eivät käsittele ilmoitettua kapasiteettiaan. Joskus on vaikea erottaa oikea ja väärennetty akku. Tämä ongelma esiintyy vara -akkujen markkinoilla, kuten matkapuhelinten akut. Lisäksi monissa tilanteissa on välttämätöntä määrittää käytetyn akun (esimerkiksi kannettavan tietokoneen akun) kapasiteetti. Tässä artikkelissa opimme rakentamaan akun kapasiteetin mittauspiirin käyttämällä kuuluisaa Arduino-Nano-korttia. Olen suunnitellut piirilevyn upotuskomponenteille. Joten jopa aloittelijat voivat juottaa ja käyttää laitetta.

1: Piirien analyysi Kuva 1 esittää laitteen kaaviota. Piirin ydin on Arduino-Nano -levy.

Vaihe 1: Kuva 1, Akun kapasiteetin mittauslaitteen kaavio

IC1 on LM358 [1] -siru, joka sisältää kaksi operaatiovahvistinta. R5 ja C7 rakentavat alipäästösuodattimen, joka muuntaa PWM -pulssin DC -jännitteeksi. PWM -taajuus on noin 500 Hz. Käytin Siglent SDS1104X-E-oskilloskooppia tutkimaan PWM: ää ja suodattimen käyttäytymistä. Yhdistin CH1: n PWM-lähtöön (Arduino-D10) ja CH2: n suodattimen lähtöön (Kuva 2). Voit jopa tutkia suodattimen taajuusvasteen ja sen rajataajuuden "käytännössä" koodikaavion avulla, mikä on yksi SDS1104X-E: n mukavista ominaisuuksista.

Vaihe 2: Kuva 2, PWM-signaali (CH1: 2V/div) ja tulos R5-C7 RC -suodattimen läpäisyn jälkeen (CH2: 50mV/div)

R5 on 1 M: n vastus, joka rajoittaa valtavasti virtaa, mutta suodattimen ulostulo kulkee opampin (IC1: n toinen opamp) läpi jännitteen seuraajan kokoonpanossa. IC1: n, R7: n ja Q2: n ensimmäinen opamp rakentaa vakiovirtakuormituspiirin. Tähän mennessä olemme rakentaneet PWM -ohjattavan vakiojännitteen.

2*16 LCD -näyttöä käytetään käyttöliittymänä, mikä tekee ohjaamisesta/säätämisestä helppoa. R4 -potentiometri asettaa nestekidenäytön kontrastin. R6 rajoittaa taustavalon virtaa. P2 on 2 -nastainen Molex -liitin, jota käytetään 5 V: n summerin liittämiseen. R1 ja R2 ovat kosketuspainikkeiden vetovastus. C3- ja C4-painikkeita käytetään painikkeiden poistamiseen. C1 ja C1 käytetään piirin syöttöjännitteen suodattamiseen. C5- ja C6 -suodattimia käytetään suodattamaan pois vakiovirtapiirin äänet, jotta ADC -muuntoteho ei heikkene. R7 toimii Q2 MOSFETin kuormana.

1-1: Mikä on tasavirtakuormitus?

Jatkuva virtakuormitus on piiri, joka vetää aina vakion virran, vaikka syötetty jännite vaihtelee. Jos esimerkiksi liitämme vakiovirtakuorman virtalähteeseen ja asetamme virran 250 mA: iin, virranotto ei muutu, vaikka tulojännite olisi 5 V tai 12 V tai mikä tahansa. Tämän vakiovirtapiirin ominaisuuden ansiosta voimme rakentaa akun kapasiteetin mittauslaitteen. Jos käytämme kuormana yksinkertaista vastusta akun kapasiteetin mittaamiseen, akun jännitteen laskiessa myös virta pienenee, mikä tekee laskelmista monimutkaisia ja epätarkkoja.

2: PCB -levy

Kuva 3 esittää piirin suunniteltua piirilevyasettelua. Levyn molempia puolia käytetään komponenttien kiinnittämiseen. Kun aion suunnitella kaavion/piirilevyn, käytän aina SamacSys -komponenttikirjastoja, koska nämä kirjastot noudattavat teollisia IPC -standardeja ja ovat kaikki ilmaisia. Käytin näitä kirjastoja IC1: lle [2], Q2 [3], ja jopa minä löysin Arduino-Nano (AR1) [4] -kirjaston, joka säästää paljon suunnitteluajasta. Käytän Altium Designer CAD -ohjelmistoa, joten käytin Altium -laajennusta komponenttikirjastojen asentamiseen [5]. Kuva 4 esittää valitut komponentit.

Vaihe 3: Kuva 3, akun kapasiteetin mittauspiirin piirilevy

Kun aion suunnitella kaavion/piirilevyn, käytän aina SamacSys -komponenttikirjastoja, koska nämä kirjastot noudattavat teollisia IPC -standardeja ja ovat kaikki ilmaisia. Käytin näitä kirjastoja IC1: lle [2], Q2 [3], ja jopa löysin Arduino-Nano (AR1) [4] -kirjaston, joka säästää paljon suunnitteluajasta. Käytän Altium Designer CAD -ohjelmistoa, joten käytin Altium -laajennusta komponenttikirjastojen asentamiseen [5]. Kuva 4 esittää valitut komponentit.

Vaihe 4: Kuva 4, asennetut komponentit SamacSys Altium -laajennuksesta

Piirilevy on hieman suurempi kuin 2*16 nestekidenäyttö, johon mahtuu kolme kosketuspainiketta. Kuvissa 5, 6 ja 7 on esitetty 3D -näkymä levyltä.

Vaihe 5: Kuva 5: 3D -näkymä kootusta piirilevystä (TOP), Kuva 6: 3D -näkymä kootusta piirilevystä (sivu), Kuva 7: 3D -näkymä kootusta piirilevystä (alhaalta)

3: Kokoonpano ja testi Käytin puolivalmistettua piirilevyä nopean prototyypin rakentamiseen ja piirin testaamiseen. Kuva 8 esittää kuvaa taulusta. Sinun ei tarvitse seurata minua, tilaa vain piirilevy ammattimaiselle piirilevyvalmistajalle ja rakenna laite. Käytä R4: ssä pysyvää potentiometrityyppiä, jonka avulla voit säätää nestekidenäytön kontrastia levyn sivulta.

Vaihe 6: Kuva 8: Kuva ensimmäisestä prototyypistä puoliksi kotitekoisella piirilevylle

Komponenttien juottamisen ja testiolosuhteiden valmistelun jälkeen olemme valmiita testaamaan piiriämme. Älä unohda asentaa suurta jäähdytyselementtiä MOSFETiin (Q2). Valitsin R7: n 3 ohmin vastukseksi. Tämän avulla voimme tuottaa jatkuvia virtoja jopa 750 mA asti, mutta koodissa asetan maksimivirran jonnekin 500 mA: n tasolle, mikä riittää tarkoitukseemme. Vastusarvon laskeminen (esimerkiksi 1,5 ohmiin) voi saada aikaan korkeampia virtoja, mutta sinun on käytettävä tehokkaampaa vastusta ja muokattava Arduino-koodia. Kuva 9 esittää levyä ja sen ulkoisia johdotuksia.

Vaihe 7: Kuva 9: Akun kapasiteetin mittauslaitteen kytkentä

Valmista jännite noin 7V - 9V syöttötuloon. Olen käyttänyt Arduino -kortin säädintä +5V kiskon tekemiseen. Älä siis koskaan syötä syöttötuloon yli 9 V: n jännitettä, muuten voit vahingoittaa säätimen sirua. Taulu käynnistyy, ja LCD-näytössä pitäisi näkyä sama teksti kuin kuvassa 10. Jos käytät sinistä 2*16 LCD-taustavaloa, piiri kuluttaa noin 75 mA.

Vaihe 8: Kuva 10: Oikea piirin virran merkkivalo nestekidenäytössä

Noin 3 sekunnin kuluttua teksti tyhjenee ja seuraavassa näytössä voit säätää vakioarvoa ylös/alas -painikkeilla (Kuva 11).

Vaihe 9: Kuva 11: Jatkuvan kuorman säätö ylös/alas-painikkeilla

Ennen akun liittämistä laitteeseen ja sen kapasiteetin mittaamista voit tarkastella virtapiiriä virtalähteen avulla. Tätä varten sinun on liitettävä P3 -liitin virtalähteeseen.

Tärkeää: Älä koskaan käytä yli 5 V: n jännitettä tai päinvastaista napaisuutta akun tuloon, muuten vahingoitat pysyvästi Arduinon digitaalisen muuntimen nasta

Aseta haluamasi virtaraja (esimerkiksi 100 mA) ja pelaa virtalähteellä (pysy alle 5 V). Kuten näet minkä tahansa tulojännitteen, nykyinen virtaus pysyy ennallaan. Juuri sitä me haluamme! (Kuva 12).

Vaihe 10: Kuva 12: Virtaus pysyy vakiona jopa jännitevaihteluiden edessä (testattu 4,3 V: n ja 2,4 V: n tuloilla)

Kolmas painike on Reset. Se tarkoittaa, että se yksinkertaisesti käynnistää levyn uudelleen. Siitä on hyötyä, kun aiot käynnistää menettelyn uudelleen toisen voin testaamiseksi.

Joka tapauksessa olet nyt varma, että laitteesi toimii moitteettomasti. Voit irrottaa virtalähteen ja kytkeä akun akkutuloon ja asettaa halutun virtarajan.

Aloitin oman testin valitsemalla upouuden 8, 800 mA: n litiumioniakun (kuva 13). Vaikuttaa fantastiselta korolta, eikö ?! Mutta en voi uskoa tätä jotenkin:-), joten testataan.

Vaihe 11: Kuva 13: 8, 800 mA: n nimellinen litiumioniakku, oikea vai väärennetty ?

Ennen kuin liität litiumakun korttiin, meidän on ladattava se, joten valmista virtalähteesi kanssa kiinteä 4,20 V (500 mA: n CC -raja tai pienempi) (esimerkiksi käyttämällä edellisen artikkelin muuttuvaa kytkentävirtalähdettä) ja lataa akkua, kunnes virtaus saavuttaa alhaisen tason. Älä lataa tuntematonta akkua suurilla virroilla, koska emme ole varmoja sen todellisesta kapasiteetista! Suuret latausvirrat voivat räjäyttää akun! Ole varovainen. Tämän seurauksena noudatin tätä menettelyä ja 8 800 mA: n akku on valmis kapasiteetin mittaamiseen.

Käytin akun pidikettä akun liittämiseen levyyn. Varmista, että käytät paksuja ja lyhyitä johtoja, joilla on alhainen vastus, koska virran katoaminen johtimissa aiheuttaa jännitehäviön ja epätarkkuuden.

Asetetaan virta 500 mA: ksi ja painetaan pitkään YLÖS-painiketta. Kuulet äänimerkin ja toimenpide alkaa (kuva 14). Olen asettanut katkaisujännitteeksi (alhainen akun kynnys) 3,2 V. Voit muuttaa tätä kynnystä koodissa, jos haluat.

Vaihe 12: Kuva 14: Akun kapasiteetin laskentamenettely

Periaatteessa meidän pitäisi laskea akun "käyttöikä" ennen kuin sen jännite saavuttaa matalan tason kynnyksen. Kuva 15 näyttää ajan, jolloin laite irrottaa tasavirtakuorman akusta (3,2 V) ja laskelmat tehdään. Laite antaa myös kaksi pitkää äänimerkkiä, jotka osoittavat toimenpiteen päättymisen. Kuten nestekidenäytöstä näkyy, todellinen akun kapasiteetti on 1,190 mAh, mikä on kaukana väitetystä kapasiteetista! Voit testata minkä tahansa akun (alle 5 V) noudattamalla samaa menettelyä.

Vaihe 13: Kuva 15: 8.800 mA: n litiumioniakun todellinen laskettu kapasiteetti

Kuva 16 esittää tämän piirin materiaaliluettelon.

Vaihe 14: Kuva 16: Materiaaliluettelo

Vaihe 15: Viitteet

Artikkelin lähde:

[1]:

[2]:

[3]:

[4]:

[5]: