1

Вимірювач ємності акумуляторів

Більшість сучасних портативних електронних пристроїв споживають енергію від акумуляторних батарей, які мають обмежений термін служби. Кожен цикл розрядки і зарядки невеликими кроками сприяє знесенню батареї і «акумулятор тримає менше». Представлений пристрій дозволяє вимірювати енергоефективність такого акумулятора і визначати його витрата. За допомогою даного приладу можна виміряти ємність нової батареї і порівняти результат з параметрами, заявленими виробником.

Измеритель емкости аккумуляторов

Вимірювач ємності акумуляторів

Останнім часом акумуляторні батареї спокушають нас великий ємністю в тисячі міліампер годин. Виникає бажання перевірити, чи дійсно ці невеликі акумулятори можуть виділяти стільки енергії. За допомогою представленого пристрою також можна виміряти “енергетичний апетит” будь-якого споживача.

Характеристики

  • розрахунок ємності джерела живлення на основі вимірювання параметрів при його розряді,
  • вимірювання напруги постійного струму в діапазоні 0 … 25 В, з дозволом 25 мВ,
  • вимірювання постійного струму в діапазоні 0 … 5 А, з дозволом 10 мА,
  • вимірювання ємності в діапазоні до 100 Ач з дозволом 1 мАг,
  • вимір споживаної енергії в діапазоні до 100 Втч з дозволом 1 МВтг,
  • вимір часу в діапазоні до 100 годин,
  • підходить практично для будь-якого типу акумулятора,
  • передача всіх параметрів в режимі реального часу через інтерфейс USB,
  • автоматичний запуск вимірювання після підключення тестованого джерела живлення,
  • завершення ручного або автоматичного вимірювання після перевищення встановленого значення струму, напруги, часу або ємності,
  • автоматичне відключення тестованого джерела живлення після вимірювання,
  • харчування 8 … 15 В постійного струму від батареї або USB.

опис схеми

Ємність акумулятора визначає, скільки заряду акумулятор може віддати в перебігу певного часу. Щоб визначити цей параметр, вимірюється, як довго акумулятор здатний забезпечувати конкретні параметри вольт-амперного споживання. Таким чином, тестування вимагає одного життєвого циклу батареї. Недостатньо «доторкнутися вимірником», щоб відразу показати результат. Результат перевірки продуктивності залежить від багатьох параметрів.

Якщо тест призначений для перевірки номінальної ємності батареї, призначеної для конкретного пристрою, то повинні бути забезпечені умови розряду, наприклад викликані пристроєм. Якщо тест стосується універсальної акумуляторної батареї, результат слід розглядати як значення для зазначених умов експлуатації. Ємність акумулятора залежить в першу чергу від струму розряду – на практиці при меншому розряді струм батареї буде показувати велику ємність, ніж при інтенсивному розряді з високим струмом. Тому випробування слід проводити при струмі розряду, близькому до значення, при якому батарея в кінцевому підсумку буде працювати.

Представлена ​​схема не оснащена модулем з регульованим навантаженням. Вона повинна бути підключена до виходу схеми. Найкращим рішенням буде з'єднуватися з пристроями, яке в кінцевому підсумку буде працювати від акумулятора. Однак слід пам'ятати, що вихідна напруга зменшується через падіння напруги на вимірювальному резисторі. При малих токах падіння буде незначним, дуже незначним, але при максимальному струмі 5 А падіння напруги становитиме до 0,5 І, що може призвести до несправності цільового пристрою. У найпростішому випадку до виходу слід підключити правильно обраний потужний резистор або лампочку. Випробування на повну потужність вимагає повного циклу. Тому перед початком тесту акумуляторна батарея повинна бути повністю заряджена – тут немає ніяких сумнівів, що спеціальний зарядний пристрій забезпечить виконання цієї умови. Проте, як визначити кінець дослідження? Зазвичай використовується метод полягає у визначенні кінцевого напруги, для Ni-xx акумуляторів близько 0,9 В / елемент, для Li-xx акумуляторів близько 3 В / елемент і т. д., Уважно перевірте характеристики даної батареї. Представлена ​​схема має функцію автоматичного завершення тесту, одним з 5 варіантів якої є визначення мінімальної напруги. Коли напруга акумулятора впаде до цього рівня, перевірка буде завершена, і батарея від'єднатися від навантаження. Інший варіант – вказати мінімальний струм – корисно, якщо пристрій підключено до виходу. Коли батарея розряджається до такої міри, що пристрій не зможе працювати і вимикається, це призведе до зменшення поточного значення, що буде сигналом для завершення тесту.

Принципова схема вимірювача ємності акумуляторів показана на малюнку 1, її можна розбити на кілька блоків.

Вимірювач ємності акумуляторів

Рис. 1

Мікроконтролер ATmega8 є основою блоку управління. Тактичний генератор на кварцовому резонаторі 32768 Гц управляє однією зі схем часу мікроконтролера – Таймер2. Він використовується для точного вимірювання часу. Дисплей і кнопки – це призначений для користувача інтерфейс, мікросхема FT232R працює як інтерфейс USB і реле K1. Інші елементи є аналогової частиною. мікросхема IC3 з декількома пасивними елементами утворює відносно складний блок живлення. Напруга ретельно фільтрується, а цифрові і аналогові маси поділяються на забезпечення максимальної точності вимірювань. У цьому також було застосовано до вихідної точності опорного напруги MCP1525. Аналогові значення перетворюються в цифрову форму 10-розрядної перетворювача, що міститься в периферійних пристроях мікроконтролера. Вимірювання напруги здійснюється через подільники напруги з потенціометрами R18 і R21. Один для вхідної напруги, інший для вихідного. Струм вимірюється шляхом вимірювання падіння напруги на резисторі R9.

Через дуже низький опір напруги невеликі, не більше 0,5 В, тому перетворювач живиться від двох підсилювачів напруги мікросхеми TLC272 з коефіцієнтом посилення 5 і 50. отже, ток вимірюється в двох діапазонах 0 … 0,5а й 0, 5 … 5А, програма відповідним чином керує процесом, використовуючи відповідний гистерезис при зміні діапазонів.






Збирання та налагодження

Авторська друкована плата була розроблена в основному з використанням SMD-компонентів. Збірка пристрою повинна виконуватися відповідно до загальних принципів. Не встановлюйте дисплей на друковану плату, тому що він буде займати значну частину. Розташування елементів показано на малюнку 2.

Вимірювач ємності акумуляторів

Рис. 2

Після складання включите пристрій і налаштуйте контрастність дисплея за допомогою відповідного потенціометра (малюнок 3).

Вимірювач ємності акумуляторів

Рис. 3

Пристрій працює від батареї від 8 … 15В, 0,2А чи через роз'єм USB. Після початкового запуску підготуйте регульований джерело живлення, мультиметр і навантаження, наприклад автомобільну лампу потужністю близько 20 Вт, і Вирівняйте її, як описано нижче. Після цієї настройки пристрій готовий до роботи.

Експлуатація та обслуговування

Після підключення джерела живлення з'явиться “вітання” на екрані , а потім головне меню (малюнок 4). Це вікно відображає основні параметри: виміряна напруга, ток, час і розрахункове значення ємності на постійній основі.

Вимірювач ємності акумуляторів

Рис. 4

Значення оновлюються кожну секунду, але реальні вимірювання виконуються в кілька десятків разів частіше. Програма виконує вимірювання аналогових параметрів приблизно 30 раз в секунду, а потім обчислює середнє значення і передає його для подальших розрахунків, а на дисплеї. Позначення «Vi» на значенні напруги означає, що напруга з входу схеми вимірюється, відображається і передається для розрахунків. Якщо відображаються символи «Vo», то враховується напруга з виходу системи, тобто з урахуванням падіння напруги на вимірювальному резисторі. Аналогічним чином це відноситься до критерію завершення перевірки напруги. Індикатор часу визначає, на якому етапі працює схема. Якщо час збільшується, це означає, що схема знаходиться в процесі тестування, якщо значення часу не змінюється і вказує постійне значення, це означає, що тест завершено. Якщо час показує нуль, схема готова почати тест. Перевірка може бути розпочато натисканням кнопки «плюс», коли відображається головне вікно, або ж тест буде запущений автоматично, коли на вхідному роз'ємі з'явиться мінімальна напруга 0,5 В. Запуск тесту активує реле і з'єднує вхід і вихід схеми. Кінець тесту можна примусово утримувати, утримуючи кнопку «меню» протягом 3 секунд, або він може відбутися автоматично, якщо така функція була встановлена.

Після автоматичного завершення підсвічування дисплея почне блимати, сигналізуючи про готовність системи, натискання будь-якої кнопки припинить цей ефект. На цьому етапі в головному вікні відображається результат тесту – значення ємності, щоб підготувати схему до наступного тесту, утримуйте кнопку «меню» близько 3 с – результати будуть обнулені. Структура меню містить чотири вікна – чотири параметри і головне вікно, перемикаючись на наступне. Після натискання кнопки «меню» з'являється вікно, значення параметра змінюється за допомогою кнопок «плюс» і «мінус», як показано на малюнку 5.

Вимірювач ємності акумуляторів

Рис. 5

У першому вікні меню вибирається спосіб завершення тесту «Режим зупинка», в порядку, як на малюнку 5, ви можете обрати: 1- ручний, 2- мінімальне значення струму, 3- мінімальна напруга, 4- максимальна напруга, 5- визначений час, 6- питома ємність.

У разі варіанта 1 тест буде зупинений тільки після утримання кнопки «меню».

різновид 2 можна використовувати, коли пристрій підключено до схеми, а після розрядки батареї пристрій відключається – ток падає нижче встановленого значення, і схема завершує перевірку.

різновид 3 буде найкращим при розрядці з використанням лампочки або резистора, акумулятор буде розряджений до встановленого напруги, а потім тест буде завершено, і батарея від'єднатися від навантаження.

різновид 4 буде корисний при тестуванні процесу зарядки, схема відключить акумулятор, коли він досягне встановленого максимального напруження.

різновид 5 дозволяє досліджувати енергію споживання. Якщо спробуєте оцінити потребу в енергії простого приймача, наприклад електричної лампочки, досить виміряти споживання струму і легко розрахувати інше. справа ускладнюється, коли потрібно досліджувати більш складний електронний пристрій. Споживана потужність не є постійною величиною, зазвичай вона неактивна, час від часу змінюється і споживає енергію в залежності від виконуваної завдання. встановивши опцію 5, можна перевірити, скільки мАч буде використовувати такий пристрій, наприклад, за один час. Ця інформація дозволить підрахувати, яка батарея повинна використовуватися для роботи пристрою, наприклад, для роботи на 24 годину.

Аналогічним чином застосовується опція 6 – вона дозволяє вам вказати, як довго пристрій буде працювати, коли воно отримає конкретну ємність, наприклад, 500 мАг, у другому вікні. Значення «Авто». PARAM “. вибрано в попередньому вікні. Кнопки «плюс» і «мінус» можуть використовуватися для зміни значення параметра, поточне значення змінюється з кроком 10 мА, значення напруги з кроком 100 мВ, час з кроком 10 хвилин і ємність з кроком 100 мАг. У разі опції ручного управління відображається значення «Auto stop dis», що означає, що функція автоматичного завершення тесту відключена.

Третє вікно дозволяє встановити, яка напруга має вимірюватися і передаватися для розрахунків. Налаштування «Input» вибирає вимір на вхідних клемах, настройка «Output» на вихідних клемах. Вихідна напруга схеми зменшується в порівнянні з вхідною напругою на падіння через вимірювальний резистор. Схема сконструйована таким чином, що мікроконтролер вимірює вихідну напругу щодо основної маси, тобто маси на вході, а потім віднімає падіння напруги на вимірювальному резисторі, розраховане на основі струму і опору. При тестуванні ємності батареї слід встановити вимір вхідної напруги, а при тестуванні процесу зарядки або вимірювання потужності приймача слід встановити вихідну напругу. У четвертому вікні меню «Період USB» можна встановити період часу для відправки даних через інтерфейс USB. Можливий діапазон становить 1 … 255 секунд з кроком 1 с. Значення слід вибирати з обережністю, тому що зазвичай перевірка займає кілька годин, і занадто багато даних буде складно обробити. Крім того, схема відправить зведення – останній кадр, коли тест завершиться автоматично, незалежно від встановленого часу відправки. схема, підключена до комп'ютера, буде встановлена ​​як віртуальний послідовний порт, і можна читати дані, використовуючи будь-яку термінальну програму, наприклад, BrayTerminal. параметри зв'язку: 19200, 8, немає, 1. Кожен кадр починається з нового рядка, а потім із зірочкою «*», потім записується в наступному порядку: час [чч: мм: сс], ємність [пріоритет], енергія [Вт], потужність [Вт], напруга [В] і струм [А], кожне значення закінчується крапкою з комою. Такий кадр має наступну форму:

* 0:00:01; 0.000ах; 0.000білий; 0.000W ; 0.00в; 0.00А;

Програма BrayTerminal також має функцію запису в файл «Log to file». Збережені дані можна легко імпортувати в електронну таблицю і побудувати характеристики параметрів. На малюнку 6 показаний графік тесту абсолютно нового акумулятора 2000 мАг.

Вимірювач ємності акумуляторів

Рис. 6

На малюнку 5 показано інше вікно з параметрами, поміченими «Калібрування». Це вікно використовується для калібрування схеми і недоступно з меню. Щоб почати процес калібрування, перед підключенням харчування до системи натисніть кнопку меню, а потім, утримуючи, підключіть джерело живлення. Через кілька секунд з'явиться це вікно, потім ви можете відпустити кнопку меню. Першим етапом калібрування є установка нульових коефіцієнтів компенсації, тобто запам'ятовування рівнів напруги (результатів перетворення АЦП) на входах без підключеного напруги. Для цього залиште вхідні і вихідні клеми непідключеними і швидко натисніть кнопку «плюс», з'явиться вікно з назвою «Zero comp.». Чотири значення визначають рівні компенсації для чотирьох аналогових каналів, які використовує система – верхній діапазон виміру діапазону струму, нижній діапазон виміру струму, вхідна напруга і вихідна напруга. перше, третє і четверте значення не повинні перевищувати 3 бали, друге значення не повинно перевищувати 40 … 50 балів. Після натискання кнопки «плюс» схема запам'ятає і застосує нові налаштування. наступне вікно, яке з'явиться, полегшить настройку аналогового обладнання. Спочатку підключіть регульований джерело живлення і налаштований мультиметр для вимірювання напруги постійного струму на вході схеми. Встановіть напруга між 10 … 15 В і відповідними потенціометрами (малюнок 3), щоб встановити правильні індикації вхідної та вихідної напруги. Потім підключіть навантаження і мультиметр для вимірювання постійного струму до виходу. При регулюванні напруги джерела живлення встановіть струм близько 1 … 1,5 А та встановіть правильне значення струму на дисплеї за допомогою потенціометра верхнього діапазону. Потім встановіть струм близько 0,25 А та встановіть правильну індикацію поточного значення на дисплеї за допомогою потенціометра нижнього діапазону. Після натискання кнопки «плюс» калібрування повернеться до першого етапу, після натискання «меню» калібрування буде завершена і налаштування будуть збережені.

деталі

Файли до проекту

один коментар

  1. Доброго дня ! Якщо можна файлик друкованої плати.Заранее спасибі!

Залишити коментар

Ваша електронна адреса не буде опублікований.