DIY Arduino -akun kapasiteettimittari - V2.0: 11 vaihetta (kuvilla)

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

Nykyään väärennettyjä litium- ja NiMH -akkuja on kaikkialla, ja niitä myydään mainoksilla, joiden kapasiteetti on suurempi kuin niiden todellinen kapasiteetti. Joten on todella vaikeaa erottaa oikea ja väärennetty akku. Samoin on vaikea tietää pelastettujen 18650 -kannettavien paristojen kapasiteettia. Joten laite tarvitaan akkujen todellisen kapasiteetin mittaamiseen.

Vuonna 2016 olen kirjoittanut ohjekirjan "Arduino Capacity Tester - V1.0", joka oli hyvin suoraviivainen ja yksinkertainen laite. Aikaisempi versio perustui Ohmin lakiin. Testattava akku purkautuu kiinteän vastuksen kautta, virta ja ajan kesto mitataan Arduinolla ja kapasiteetti lasketaan kertomalla molemmat lukemat (purkausvirta ja aika).

Aikaisemman version haittana oli, että testauksen aikana, kuten akun jännitteen laskiessa, myös virta pienenee, mikä tekee laskelmista monimutkaisia ja epätarkkoja. Tämän voittamiseksi olen tehnyt V2.0: n, joka on suunniteltu siten, että virta pysyy vakiona koko purkausprosessin ajan. Tein tämän laitteen inspiroimalla MyVanitarin alkuperäistä suunnittelua

Capacity Tester V2.0: n pääominaisuudet ovat:

1. Pystyy mittaamaan AA / AAA NiMh / NiCd-, 18650 Li-ion-, Li-Polymer- ja Li FePO4 -akut. Se sopii melkein kaikentyyppisille alle 5 V: n akkuille.

2. Käyttäjät voivat asettaa purkausvirran painikkeilla.

3. OLED -käyttöliittymä

4. Laitetta voidaan käyttää elektronisena kuormana

Päivitys 02.12.2019

Nyt voit tilata piirilevyn ja komponentit yhdessä PCBWayn pakkauksessa

Vastuuvapauslauseke: Huomaa, että käytät litiumioniakkua, joka on erittäin räjähtävä ja vaarallinen. En voi olla vastuussa mistään omaisuuden menetyksestä, vahingosta tai ihmishengen menetyksestä, jos se tapahtuu. Tämä opetusohjelma on kirjoitettu niille, joilla on tietoa ladattavasta litiumionitekniikasta. Älä yritä tätä, jos olet aloittelija. Pysy turvassa.

Tarvikkeet

Käytetyt komponentit

Tilaa nyt PCB ja kaikki komponentit tämän projektin rakentamiseksi PCBWayn sarjassa

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. 0,96 OLED -näyttö: Amazon / Banggood

5. Keraaminen vastus: Amazon / Banggood

6. Kondensaattori 100nF: Amazon / Banggood

7. Kondensaattori 220uF: Amazon / Banggood

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

9. Painike: Amazon / Banggood

10. Painonappi: Aliexpress

11. Ruuviliitin: Amazon / Banggood

12. Prototyyppitaulu: Amazon / Banggood

13. PCB Stand-off: Amazon / Banggood

14. Lämpökutisteputki: Amazon/ Banggood

15. Jäähdytyselementti: Aliexpress

Käytetyt työkalut

1. Juotin: Amazon / Banggood

2. Kiinnitysmittari: Amazon / Banggood

3. Yleismittari: Amazon / Banggood

4. Kuumailmapuhallin: Amazon / Banggood

5. Lankaleikkuri: Amazon / Banggood

6. Wire Stripper: Amazon / Banggood

Vaihe 1: Kaavio

Koko kaavio on jaettu seuraaviin osiin:

1. Virtalähde

2. Vakiovirtapiiri

3. Akun jännitteen mittauspiiri

4. Käyttöliittymäpiiri

5. Summerin piiri

1. Virtalähde

Virtalähde koostuu DC-liittimestä (7-9 V) ja kahdesta suodatinkondensaattorista C1 ja C2. Virtalähde (Vin) on kytketty Arduino Pin -liitäntään. Tässä käytän Arduinon sisäistä jännitesäädintä alentaaksesi jännitteen 5 V: iin.

2. Vakiovirtapiiri

Piirin ydinkomponentti on Op-amp LM358, joka sisältää kaksi operaatiovahvistinta. Arduino-nastan D10 PWM-signaali suodatetaan alipäästösuodattimella (R2 ja C6) ja syötetään toiseen operaatiovahvistimeen. Toisen op-vahvistimen lähtö on kytketty ensimmäiseen op-vahvistimeen jänniteseuraajan kokoonpanossa. LM358: n virtalähde suodatetaan irrotuskondensaattorilla C5.

Ensimmäinen op-amp, R1 ja Q1 muodostavat vakiovirtakuormituspiirin. Joten nyt voimme ohjata virtaa kuormitusvastuksen (R1) kautta muuttamalla PWM -signaalin pulssin leveyttä.

3. Akun jännitteen mittauspiiri

Akun jännite mitataan Arduino -analogitulonapilla A0. Kahta kondensaattoria C3 ja C4 käytetään suodattamaan pois vakiovirtapiiristä tulevat äänet, jotka voivat heikentää ADC -muuntotehoa.

4. Käyttöliittymäpiiri

Käyttöliittymäpiiri koostuu kahdesta painikkeesta ja 0,96 tuuman I2C OLED -näytöstä. Ylös- ja alas-painikkeilla lisätään tai vähennetään PWM-pulssileveyttä. R3 ja R4 ovat ylös- ja alas-painon vetovastus -painikkeet C7 ja C8 käytetään painikkeiden poistamiseen 3. Kolmannella painikkeella (RST) käytetään Arduinon nollausta.

5. Summerin piiri

Summeri -piiriä käytetään hälyttämään testin alku ja loppu. 5 V: n summeri on kytketty Arduinon digitaaliseen nastaan D9.

Vaihe 2: Miten se toimii?

Teoria perustuu yhtenäisyysvahvistimeksi määritetyn OpAmpin invertoivan (nasta 2) ja ei-invertoivan (nasta 3) tulon jännitevertailuun. Kun asetat jännitteen, joka syötetään ei-invertoivaan tuloon säätämällä PWM-signaalia, opampin lähtö avaa MOSFET-portin. Kun MOSFET käynnistyy, virta kulkee R1: n läpi, se aiheuttaa jännitehäviön, joka antaa negatiivista palautetta OpAmpille. Se ohjaa MOSFETia siten, että sen invertoivien ja ei-invertoivien tulojen jännitteet ovat yhtä suuret. Joten kuormitusvastuksen läpi kulkeva virta on verrannollinen jännitteeseen OpAmp: n invertoimattomassa tulossa.

Arduinon PWM -signaali suodatetaan alipäästösuodatinpiirin (R2 ja C1) avulla. PWM-signaalin ja suodatinpiirin suorituskyvyn testaamiseksi liitin DSO: n ch-1 tuloon ja ch-2 suodatinpiirin lähtöön. Lähtöaaltomuoto on esitetty yllä.

Vaihe 3: Kapasiteetin mittaus

Tässä akku purkautuu matalan tason kynnysjännitteeseen (3,2 V).

Akun kapasiteetti (mAh) = virta (I) mA x aika (T) tunteina

Yllä olevasta yhtälöstä on selvää, että akun kapasiteetin (mAh) laskemiseksi meidän on tiedettävä nykyinen mA ja aika tunnissa. Suunniteltu piiri on vakiovirtakuormituspiiri, joten purkausvirta pysyy vakiona koko testausjakson.

Purkausvirtaa voidaan säätää painamalla Ylös- ja Alas -painiketta. Ajan kesto mitataan käyttämällä Arduino -koodin ajastinta.

Vaihe 4: Piirin tekeminen

Edellisissä vaiheissa olen selittänyt piirin kunkin komponentin toiminnan. Ennen kuin hyppäät viimeisen levyn tekemiseksi, testaa piiri ensin leipälaudalla. Jos piiri toimii täydellisesti leipälevyllä, siirry sitten juottamaan prototyyppikortin komponentit.

Käytin 7 cm x 5 cm prototyyppilevyä.

Nanon asentaminen: Leikkaa ensin kaksi riviä naaraspuolista nastatappia, joissa on 15 nastaa kummassakin. Leikkasin otsikot lävistäjällä. Juotos sitten otsikkotapit. Varmista, että kahden kiskon välinen etäisyys sopii Arduino nanolle.

OLED -näytön asennus: Leikkaa naarasliitin 4 -nastaisella. Sitten juota se kuvan osoittamalla tavalla.

Liittimien ja komponenttien asentaminen: Juotos loput osat kuvien mukaisesti.

Johdotus: Tee johdot kaavion mukaisesti. Käytin värillisiä johtoja johdotusten tekemiseen, jotta voin tunnistaa ne helposti.

Vaihe 5: OLED -näyttö

Akun jännitteen, purkausvirran ja kapasiteetin näyttämiseen käytin 0,96 tuuman OLED -näyttöä. Se on 128x64 resoluutiolla ja käyttää I2C -väylää kommunikoidakseen Arduinon kanssa. Kaksi nastaa SCL (A5), SDA (A4) Arduino Unossa viestintää varten.

Käytän Adafruit_SSD1306 -kirjastoa parametrien näyttämiseen.

Ensin sinun on ladattava Adafruit_SSD1306. Asensi sen sitten.

Liitosten tulee olla seuraavat

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

Vaihe 6: Varoituksen summeri

Hälytysten antamiseksi testin alkamisen ja kilpailun aikana käytetään pietsosummeria. Summerissa on kaksi liitintä, pidempi positiivinen ja lyhyempi jalka negatiivinen. Uuden summerin tarrassa on myös " +" -merkki, joka osoittaa positiivisen navan.

Koska prototyyppikortilla ei ole tarpeeksi tilaa summerin asettamiseen, olen liittänyt summerin pääpiirilevyyn kahdella johdolla. Paljaan liitoksen eristämiseen olen käyttänyt kutisteputkea.

Liitosten tulee olla seuraavat

Arduino -summeri

D9 Positiivinen liitin

GND Negatiivinen pääte

Vaihe 7: Tukien asentaminen

Juoton ja johdotuksen jälkeen asenna esteet 4 kulmaan. Se antaa riittävän etäisyyden juotosliitoksille ja johtimille maasta.

Vaihe 8: Piirilevyn suunnittelu

Olen piirtänyt kaavion käyttämällä EasyEDA -online -ohjelmistoa sen jälkeen, kun siirryttiin piirilevyasetteluun.

Kaavion kaikkien komponenttien pitäisi olla siellä, pinottuina päällekkäin, valmiina sijoitettavaksi ja reititettäväksi. Vedä komponentteja tarttumalla sen tyynyihin. Aseta se sitten suorakulmaisen reunan sisään.

Järjestä kaikki komponentit siten, että levyllä on mahdollisimman vähän tilaa. Mitä pienempi levyn koko, sitä halvemmat ovat piirilevyjen valmistuskustannukset. On hyödyllistä, jos tällä levyllä on joitakin asennusreikiä, jotta se voidaan asentaa koteloon.

Nyt sinun on reititettävä. Reititys on tämän prosessin hauskin osa. Se on kuin ratkaisisi arvoituksia! Seurantatyökalun avulla meidän on yhdistettävä kaikki komponentit. Voit käyttää sekä ylempää että alempaa kerrosta päällekkäisyyksien välttämiseksi kahden raidan välillä ja lyhentää raitoja.

Silk -kerroksen avulla voit lisätä tekstiä taululle. Voimme myös lisätä kuvatiedoston, joten lisään taululle tulostettavan verkkosivustoni logon kuvan. Lopulta meidän on luotava PCB: n pohja -ala käyttämällä kuparialueen työkalua.

Voit tilata sen PCBWaysta.

Rekisteröi PCBWay nyt saadaksesi US $ 5 -kupongin. Tämä tarkoittaa, että ensimmäinen tilauksesi on ilmainen, sinun on maksettava toimituskulut.

Kun teet tilauksen, saan PCBWaylta 10% lahjoituksen työhöni osallistumisesta. Pieni apu voi kannustaa minua tekemään mahtavampia töitä tulevaisuudessa. Kiitos yhteistyöstä.

Vaihe 9: Kokoa piirilevy

Juottoa varten tarvitset kunnollisen juotosraudan, juotteen, nipperin ja yleismittarin. On hyvä käytäntö juottaa komponentit niiden korkeuden mukaan. Juotos ensin pienemmät osat.

Voit juottaa komponentit seuraavasti:

1. Työnnä komponenttijalat reikien läpi ja käännä piirilevy selälleen.

2. Pidä juotosraudan kärkeä tyynyn ja komponentin jalan liitoksessa.

3. Syötä juote saumaan niin, että se virtaa johdon ympäri ja peittää tyynyn. Kun se on valunut ympäri, siirrä kärki pois.

Vaihe 10: Ohjelmistot ja kirjastot

Lataa ensin liitteenä oleva Arduino -koodi. Lataa sitten seuraavat kirjastot ja asenna ne.

Kirjastot:

Lataa ja asenna seuraavat kirjastot:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

Koodissa sinun on muutettava seuraavat kaksi asiaa.

1. Nykyiset matriisiarvot: Tämä voidaan tehdä kytkemällä yleismittari sarjaan akun kanssa. Paina ylös -painiketta ja mittaa virta, nykyiset arvot ovat matriisin elementtejä.

2. Vcc: Käytä yleismittaria jännitteen mittaamiseen Arduino 5V -nastassa. Omalla kohdallani se on 4.96V.

Päivitetty 20.11.2019

Voit muuttaa Low_BAT_Level -arvoa koodissa akun kemian mukaan. On parempi ottaa pieni marginaali alla ilmoitetun katkaisujännitteen yli.

Tässä on purkausnopeudet ja katkaisujännitteet eri litiumioniakkujen kemioille:

1. Litiumkobolttioksidi: Katkaisujännite = 2,5 V 1C: n purkausnopeudella

2. Litium-mangaanioksidi: Katkaisujännite = 2,5 V 1C: n purkausnopeudella

3. Litiumrautafosfaatti: Katkaisujännite = 2,5 V 1C: n purkausnopeudella

4. Litium-titanaatti: Katkaisujännite = 1,8 V 1C: n purkausnopeudella

5. Litium-nikkeli-mangaanikobolttioksidi: Katkaisujännite = 2,5 V 1C: n purkausnopeudella

6. Litium-nikkeli-koboltti-alumiinioksidi: Katkaisujännite = 3,0 V 1C: n purkausnopeudella

Päivitetty 01.04.2020

jcgrabo, ehdotti joitain muutoksia alkuperäiseen suunnitteluun tarkkuuden parantamiseksi. Muutokset on lueteltu alla:

1. Lisää tarkkuusviite (LM385BLP-1.2) ja liitä se A1: een. Lue asennuksen aikana sen arvo, jonka tiedetään olevan 1,215 volttia, ja laske sitten Vcc, jolloin Vcc: n mittaus ei ole tarpeen.

2. Korvaa 1 ohmin 5% vastus 1 ohmin 1% tehovastuksella, mikä vähentää vastuksen arvosta riippuvia virheitä.

3. Sen sijaan, että käytät kiinteää PWM -arvojen sarjaa kullekin nykyiselle vaiheelle (5: n välein), luo joukko haluttuja virta -arvoja, joita käytettiin tarvittavien PWM -arvojen laskemiseen, jotta nämä nykyiset arvot saavutettaisiin mahdollisimman lähellä. Hän seurasi sitä laskemalla todelliset nykyiset arvot, jotka saavutetaan lasketuilla PWM -arvoilla.

Harkitsemalla yllä olevia muutoksia hän tarkisti koodin ja jakoi sen kommenttiosassa. Korjattu koodi on alla.

Kiitos paljon jcgrabo arvokkaasta panoksestani projektiini. Toivottavasti tästä parannuksesta on apua monille muille käyttäjille.

Vaihe 11: Johtopäätös

Piirin testaamiseksi latasin ensin hyvän Samsung 18650 -akun ISDT C4 -laturillani. Liitä sitten akku akun napaan. Aseta nyt virta tarpeidesi mukaan ja paina pitkään YLÖS-painiketta. Sitten sinun pitäisi kuulla äänimerkki ja testimenettely alkaa. Testin aikana voit seurata kaikkia OLED -näytön parametreja. Akku purkautuu, kunnes sen jännite saavuttaa matalan tason kynnyksen (3,2 V). Testiprosessi päättyy kahdella pitkällä äänimerkillä.

Huomaa: Hanke on vielä kehitysvaiheessa. Voit liittyä minuun parannuksia varten. Esitä kommentteja, jos sinulla on virheitä tai virheitä. Suunnittelen piirilevyä tähän projektiin. Pysy yhteydessä saadaksesi lisää päivityksiä projektiin.

Toivottavasti opetusohjelmastani on apua. Jos pidät siitä, älä unohda jakaa:) Tilaa lisää DIY -projekteja. Kiitos.