Испытатель элементов питания

Листая журналы «Радио» прошлых лет, всегда можно почерпнуть идею для новой конструкции. В данном случае источником идеи послужила статья [1] под рубрикой «За рубежом Описываемый прибор выполняет аналогичную функцию и предназначен для быстрой проверки наиболее распространённых гальванических элементов питания бытовой аппаратуры.

Испытатель измеряет остаточную ёмкость гальванического элемента питания на момент измерения в про­центах от номинальной. Ёмкость эле­мента — это количество электричества, которое он может отдать в нагрузку. При разрядке неизменным током I её значе­ние в ампер-часах равно разрядному току, умноженному на длительность раз­рядки элемента до заранее оговорённо­го минимального напряжения. При раз­рядке на постоянное сопротивление нагрузки ток с течением времени снижа­ется вследствие уменьшения напряже­ния элемента. В этом случае ёмкость элемента рассчитывают по формуле: где t — продолжительность разрядки; i(t) — разрядный ток, изменяющийся в процессе разрядки; R_н — сопротивле­ние нагрузки; U — напряжение элемен­та, изменяющееся в процессе разряд­ки; U_ср — напряжение элемента, усред­нённое за время разрядки.

На рис. 1 приведена эксперимен­тально снятая кривая разрядки щелоч­ного элемента «Energizer» типоразмера АА на резистор сопротивлением 15 Ом.

Рис. 1

На рис. 2 — полученная путём графического интегрирования этой кривой зависимость остаточной ёмкос­ти элемента от его напряжения. Ёмкость свежего неразряженного элемента по­лучилась равной 2 А·ч.

Рис. 2

Схема испытателя изображена на рис. 3. Он измеряет с помощью встро­енного в микроконтроллер DD1 (ATtiny13A-SU) АЦП напряжение на проверяе­мом элементе питания G_x при его нагруз­ке резистором, выбранным переключа­телем SA2. Измеренное значение срав­нивается с константами, записанными в памяти микроконтроллера, программ­ный блок сравнения включает опреде­лённое число светодиодов на линейной шкале индикатора ёмкости элемента.

Рис. 3

Этот индикатор состоит из семи све­тодиодов зелёного и одного светодиода жёлтого цветов свечения. Число вклю­чённых светодиодов пропорционально ёмкости элемента: 100 % — включены все светодиоды НL1— НL8, 0 % — вклю­чён только один жёлтый светодиод НL8.

Если напряжение элемента менее 1 В, включается красный светодиод НL9. Это свидетельствует, что проверя­емый элемент питания не пригоден для дальнейшего использования.

При проверке производятся десять измерений напряжения элемента с пау­зами между ними 0,2 с. Затем програм­ма вычисляет среднее значение ре­зультата, которое и сравнивает с храня­щимися в памяти константами. Для пра­вильных показаний прибора делитель напряжения на подстроечном резисто­ре должен быть отрегулирован так, чтобы напряжение на его подвижном контакте (на входе АЦП микроконтрол­лера) было равно 1 В при напряжении на проверяемом элементе 1,5 В.

Сдвиговый регистр 74НС164 (DD2) коммутирует светодиоды НL1—НL8 ин­дикатора, красный светодиод НL9 под­ключён к выходу РВ1 микроконтролле­ра. При включении питания все све­тодиоды вспыхивают на 2 с, после их гашения прибор готов к работе. Кнопка SВ1 служит для запуска подпрограммы измерения и подключает отрицатель­ный вывод проверяемого элемента к общему проводу. На время измерения (до появления на индикаторе значения ёмкости проверяемого элемента) кноп­ку необходимо удерживать нажатой. Переключатель SА2 на три положения служит для выбора резистора, задаю­щего ток нагрузки в зависимости от типоразмера проверяемого элемента питания. Начальные токи разрядки сле­дующие: АА, AAA — 100 мА, С — 250 мА, D — 400 мА.

Подстроечным резистором R1 ка­либруют прибор. Порядок действий при этом следующий. К испытателю под­ключают свежий гальванический эле­мент G_x напряжением 1,5 В. При пере­ключателе SA2 в положении «АА, AAA» и нажатой кнопке SB1 вращением движка подстроечного резистора R1 на входе РВ4 микроконтроллера устанавливают напряжение 1 В относительно вывода 4 микроконтроллера.

В исходном состоянии кнопки SB1 контакт 3 разъёма ХР1 соединён с об­щим проводом, что при программирова­нии микроконтроллера вызывает сбой или выход из строя программатора. Во избежание этого на время программи­рования необходимо отключить провод от контакта 1 кнопки SB1 или удержи­вать эту кнопку нажатой, пока програм­мирование не будет завершено.

Как показала практика, светодиод HL9, подключённый через резистор R15 к контакту 6 разъёма ХР1, на правиль­ную работу программатора STK500 не влияет.

Питается испытатель от двух гальва­нических элементов G1 и G2 типоразме­ра АА. Выключатель питания SA1 имеет три положения (два из них «Вкл.») и включён между элементами питания. Вполне допустимо использование дру­гого источника питания со стабилизи­рованным напряжением до 5 В и обыч­ным выключателем.

Печатная плата испытателя изобра­жена на рис. 4, а расположение эле­ментов на ней — на рис. 5.

Рис. 4

Рис. 5

Плата рас­считана на размещение в корпусе от зарядного устройства «Varta». В преду­смотренные в ней прямоугольные от­верстия впаивают контактные лепестки, которые при установке платы в корпус соединяют её цепи с находящимися на штатных установочных местах корпуса элементами питания G1, G2 и проверяе­мым элементом G_x. Для проверки эле­ментов большего размера в верхней части корпуса установлена контактная колодка. Внешний вид собранного при­бора показан на рис. 6.

Рис. 6

Резисторы R2 и R7—R15 — типораз­мера 1206 для поверхностного монта­жа, R3—R5 — мощностью 0,25 Вт, R6 — мощностью 0,5 Вт для навесного монтажа. Подстроенный резистор R1— многооборотный.

Оксидные конденсаторы можно ис­пользовать любого типа. Конденсатор С2 — керамический КМ-6 или аналогич­ный импортный. Вместо дискретных светодиодов HL1—HL9 можно приме­нить готовую линейную светодиодную шкалу, например, DC-7G3HWA. Разъём ХР1 — вилка PLD-6

Для повышения достоверности ре­зультата рекомендуется проверять эле­менты при сопротивлении нагрузки, близком к тому, с которым его предпо­лагается эксплуатировать в дальней­шем. Ещё большей точности можно достичь, если предусмотреть в про­грамме несколько блоков констант, с которыми будет сравниваться напряже­ние элемента в зависимости от его типа.

При программировании микроконт­роллера его разряды конфигурации для работы от внутреннего тактового гене­ратора частотой 4,8 МГц должны быть установлены следующим образом:

CKSEL =01;

SUT= 10;

CKDIV8 = 1.

При разработке программного обеспе­чения использован файл 16121572.asm — программная реализация интерфейса SPI для модели AT90S1200 из книги [2].

ЛИТЕРАТУРА

1. Тестер для элементов питания («За рубежом»). — Радио, 1991, № 6, с. 86.
2. Трамперт В. AVR-RISC микроконтрол­леры. — Киев: «МК-Пресс», 2006.

Скачать программу для микроконтроллера

 Автор:  Н. САЛИМОВ, г. Ревда Свердловской обл.

Источник: Радио №6,  2015