Testues i kapacitetit të baterisë DIY Arduino - V2.0: 11 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Në ditët e sotme bateritë e rreme Litium dhe NiMH gjenden kudo që shiten duke reklamuar me kapacitete më të larta se kapaciteti i tyre i vërtetë. Pra, është vërtet e vështirë të bëhet dallimi midis një baterie të vërtetë dhe asaj të rreme. Në mënyrë të ngjashme, është e vështirë të dihet kapaciteti i ruajtur në bateritë e ruajtura të laptopit 18650. Pra, kërkohet një pajisje për të matur kapacitetin e vërtetë të baterive.

Në vitin 2016, unë kam shkruar një Udhëzues në "Arduino Capacity Tester - V1.0" i cili ishte një pajisje shumë e drejtpërdrejtë dhe e thjeshtë. Versioni i mëparshëm u bazua në ligjin Ohms. Bateria që do të testohet shkarkohet përmes një rezistence fikse, kohëzgjatja e rrymës dhe kohës matet me Arduino dhe kapaciteti llogaritet duke shumëzuar të dyja leximet (Rryma e shkarkimit dhe koha).

Disavantazhi i versionit të mëparshëm ishte se gjatë testimit, me uljen e tensionit të baterisë, rryma gjithashtu zvogëlohet, gjë që i bën llogaritjet komplekse dhe të pasakta. Për të kapërcyer këtë, unë kam bërë V2.0 i cili është projektuar në mënyrë të tillë që rryma të mbetet konstante gjatë gjithë procesit të shkarkimit. Unë e bëra këtë pajisje duke frymëzuar modelin origjinal nga MyVanitar

Karakteristikat kryesore të testuesit të kapaciteteve V2.0 janë:

1. Të aftë për të matur kapacitetin e baterisë AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer, dhe Li FePO4. Shtë i përshtatshëm për pothuajse çdo lloj baterie të vlerësuar nën 5V.

2. Përdoruesit mund të vendosin rrymën e shkarkimit duke përdorur butonat shtytës.

3. Ndërfaqja e përdoruesit OLED

4. Pajisja mund të përdoret si Ngarkesë Elektronike

Përditësim më 02.12.2019

Tani mund të porositni PCB dhe komponentët së bashku në një çantë nga PCBWay

Përgjegjësia: Ju lutemi vini re se jeni duke punuar me bateri Li-Ion e cila është shumë shpërthyese dhe e rrezikshme. Unë nuk mund të mbahem përgjegjës për ndonjë humbje të pronës, dëmtimit ose humbjes së jetës nëse bëhet fjalë për këtë. Ky tutorial është shkruar për ata që kanë njohuri për teknologjinë e litium-jonit të rimbushshëm. Ju lutemi mos e provoni këtë nëse jeni fillestar. Qëndroni të sigurt.

Furnizimet

Përbërësit e përdorur

Tani porositni PCB dhe të gjithë përbërësit për ta ndërtuar këtë projekt në një çantë nga PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. Ekran OLED 0.96 : Amazon / Banggood

5. Rezistencë qeramike: Amazon / Banggood

6. Kondensatori 100nF: Amazon / Banggood

7. Kondensatori 220uF: Amazon / Banggood

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

9. Butoni Push: Amazon / Banggood

10. Kapakë me butona shtypi: Aliexpress

11. Terminali i vidhave: Amazon / Banggood

12. Bordi Prototip: Amazon / Banggood

13. PCB Stand-off: Amazon / Banggood

14. Tubat e tkurrjes nga nxehtësia: Amazon/ Banggood

15. Heatsink: Aliexpress

Mjetet e Përdorura

1. Hekuri për saldim: Amazon / Banggood

2. Ngjitës i kapëses: Amazon / Banggood

3. Multimetër: Amazon / Banggood

4. Fryrëse e ajrit të nxehtë: Amazon / Banggood

5. Prerës i telave: Amazon / Banggood

6. Zhveshës me tela: Amazon / Banggood

Hapi 1: Diagrami Skematik

E gjithë skema është e ndarë në seksionet e mëposhtme:

1. Qarku i Furnizimit me Energji

2. Qarku i Ngarkesës Rrymë Konstante

3. Qarku i Matjes së Tensionit të Baterisë

4. Qarku i Ndërfaqes së Përdoruesit

5. Qarku i Zhurmës

1. Qarku i Furnizimit me Energji

Qarku i furnizimit me energji elektrike përbëhet nga një prizë DC (7-9V) dhe dy kondensatorë filtri C1 dhe C2. Fuqia dalëse (Vin) është e lidhur me pinin Arduino Vin. Këtu po përdor rregullatorin e tensionit në bord Arduino për të ulur tensionin në 5V.

2. Qarku i Ngarkesës Konstante aktuale

Komponenti kryesor i qarkut është Op-amp LM358 i cili përmban dy amplifikatorë operacionalë. Sinjali PWM nga kunja Arduino D10 filtrohet nga një filtër me kalim të ulët (R2 dhe C6) dhe ushqehet me amplifikatorin e dytë operacional. Dalja e op-ampit të dytë lidhet me op-amp-in e parë në konfigurimin e përcjellësit të tensionit. Furnizimi me energji në LM358 filtrohet nga një kondensator shkëputës C5.

Opsioni i parë op, R1 dhe Q1 ndërtojnë një qark të ngarkesës me rrymë konstante. Pra, tani ne mund të kontrollojmë rrymën përmes rezistencës së ngarkesës (R1) duke ndryshuar gjerësinë e impulsit të sinjalit PWM.

3. Qarku i Matjes së Tensionit të Baterisë

Tensioni i baterisë matet nga kunja e hyrjes analoge Arduino A0. Dy kondensatorë C3 dhe C4 përdoren për të filtruar zhurmat që vijnë nga qarku i ngarkesës konstante të rrymës i cili mund të degradojë performancën e konvertimit ADC.

4. Qarku i Ndërfaqes së Përdoruesit

Qarku i ndërfaqes së përdoruesit përbëhet nga dy butona shtytës dhe një ekran OLED 0.96 I2C. Butoni Lart dhe Poshtë duhet të rrisë ose zvogëlojë gjerësinë e impulsit PWM. R3 dhe R4 janë rezistorë tërheqës për shtytjen lart dhe poshtë C7 dhe C8 përdoren për të hequr butonat. Butoni i tretë (RST) përdoret për të rivendosur Arduino.

5. Qarku i Zhurmës

Qarku i ziles përdoret për të paralajmëruar fillimin dhe mbarimin e testit. Një zile 5V është e lidhur me kunjin dixhital Arduino D9.

Hapi 2: Si funksionon?

Teoria bazohet në krahasimin e tensionit të hyrjeve përmbysëse (pin-2) dhe atyre jo-përmbysëse (pin-3) të OpAmp, të konfiguruar si një përforcues uniteti. Kur vendosni tensionin e aplikuar në hyrjen jo-përmbysëse duke rregulluar sinjalin PWM, dalja e opamp hap portën e MOSFET. Ndërsa MOSFET ndizet, rryma kalon përmes R1, krijon një rënie të tensionit, e cila siguron reagime negative për OpAmp. Ai kontrollon MOSFET në mënyrë të tillë që tensionet në hyrjet e tij përmbysëse dhe jo përmbysëse të jenë të barabarta. Pra, rryma përmes rezistencës së ngarkesës është proporcionale me tensionin në hyrjen jo-përmbysëse të OpAmp.

Sinjali PWM nga Arduino filtrohet duke përdorur një qark filtri me kalim të ulët (R2 dhe C1). Për të testuar sinjalin PWM dhe performancën e qarkut të filtrit, lidha DSO ch-1 tim në hyrje dhe ch-2 në daljen e qarkut të filtrit. Forma e valës dalëse është treguar më lart.

Hapi 3: Matja e Kapacitetit

Këtu Bateria shkarkohet në tensionin e saj të nivelit të ulët (3.2V).

Kapaciteti i baterisë (mAh) = Rryma (I) në mA x Koha (T) në Orë

Nga ekuacioni i mësipërm është e qartë se për të llogaritur kapacitetin e baterisë (mAh), duhet të dimë rrymën në mA dhe kohën në Orë. Qarku i projektuar është një qark i ngarkesës konstante aktuale, kështu që rryma e shkarkimit mbetet konstante gjatë gjithë periudhës së testimit.

Rryma e shkarkimit mund të rregullohet duke shtypur butonin lart dhe poshtë. Kohëzgjatja e kohës matet duke përdorur një kohëmatës në kodin Arduino.

Hapi 4: Krijimi i qarkut

Në hapat e mëparshëm, unë kam shpjeguar funksionin e secilit prej përbërësve në qark. Para se të hidheni për të bërë tabelën përfundimtare, provoni së pari qarkun në një dërrasë buke. Nëse qarku funksionon në mënyrë perfekte në tabelën e bukës, atëherë lëvizni për të bashkuar përbërësit në bordin prototip.

Kam përdorur bordin prototip 7cm X 5cm.

Montimi i Nano: Së pari prerë dy rreshta të kunjave të kokës femërore me 15 kunja në secilën. Kam përdorur një gërshërë diagonale për të prerë titujt. Pastaj lidhni kunjat e kokës. Sigurohuni që distanca midis dy shinave të përshtatet me Arduino nano.

Montimi i ekranit OLED: Pritini një kokë femre me 4 kunja. Pastaj lidhni atë siç tregohet në foto.

Montimi i terminaleve dhe përbërësve: Lidhni përbërësit e mbetur siç tregohet në foto.

Instalime: Bëni instalime elektrike sipas skemës. Kam përdorur tela me ngjyra për të bërë instalime elektrike në mënyrë që t'i identifikoj me lehtësi.

Hapi 5: Ekrani OLED

Për të shfaqur tensionin e baterisë, rrymën e shkarkimit dhe kapacitetin, kam përdorur një ekran OLED 0.96 . Ka rezolucion 128x64 dhe përdor një autobus I2C për të komunikuar me Arduino. Përdoren dy kunja SCL (A5), SDA (A4) në Arduino Uno për komunikim.

Unë jam duke përdorur bibliotekën Adafruit_SSD1306 për të shfaqur parametrat.

Së pari, duhet të shkarkoni Adafruit_SSD1306. Pastaj instaloni atë.

Lidhjet duhet të jenë si më poshtë

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Hapi 6: Zile për Paralajmërim

Për të siguruar sinjalizime gjatë fillimit dhe konkurrimit të testit, përdoret një zhurmë piezo. Zileja ka dy terminale, më e gjata është pozitive dhe këmba më e shkurtër është negative. Ngjitësja në zilen e re gjithashtu ka shënuar " +" për të treguar terminalin pozitiv.

Meqenëse bordi prototip nuk ka hapësirë të mjaftueshme për të vendosur zilen, unë e kam lidhur zilen me tabelën kryesore duke përdorur dy tela. Për të izoluar lidhjen e zhveshur, kam përdorur tuba të tkurrjes së nxehtësisë.

Lidhjet duhet të jenë si më poshtë

Arduino Buzzer

D9 Terminal pozitiv

GND Terminal negativ

Hapi 7: Montimi i Ngecjeve

Pas bashkimit dhe instalimeve elektrike, montoni ngërçet në 4 qoshe. Ai do të sigurojë pastrim të mjaftueshëm për nyjet e saldimit dhe telat nga toka.

Hapi 8: Dizajni i PCB

Unë e kam vizatuar skemën duke përdorur softuerin online EasyEDA pasi ai kaloi në paraqitjen e PCB.

Të gjithë përbërësit që keni shtuar në skemë duhet të jenë aty, të grumbulluar njëra mbi tjetrën, gati për t'u vendosur dhe drejtuar. Tërhiqni përbërësit duke kapur në jastëkët e tij. Pastaj vendoseni brenda kufirit drejtkëndor.

Organizoni të gjithë përbërësit në mënyrë të tillë që bordi të zërë hapësirë minimale. Sa më e vogël të jetë madhësia e bordit, aq më e lirë do të jetë kostoja e prodhimit të PCB. Do të jetë e dobishme nëse kjo tabelë ka disa vrima montimi në të, në mënyrë që të mund të montohet në një rrethim.

Tani ju duhet të drejtoheni. Routimi është pjesa më argëtuese e gjithë këtij procesi. Likeshtë si të zgjidhësh një enigmë! Duke përdorur mjetin e gjurmimit, ne kemi nevojë të lidhim të gjithë përbërësit. Ju mund të përdorni si shtresën e sipërme ashtu edhe atë të poshtme për të shmangur mbivendosjen midis dy gjurmëve të ndryshme dhe për t'i bërë ato më të shkurtra.

Mund të përdorni shtresën e Mëndafshit për të shtuar tekst në tabelë. Gjithashtu, ne jemi në gjendje të futim një skedar imazhi, kështu që unë shtoj një imazh të logos së faqes sime të internetit për t'u shtypur në tabelë. Në fund, duke përdorur mjetin e zonës së bakrit, ne duhet të krijojmë sipërfaqen tokësore të PCB.

Mund ta porosisni nga PCBWay.

Regjistrohuni tani në PCBWay për të marrë një kupon prej 5 dollarësh. Kjo do të thotë që porosia juaj e parë është pa kosto, vetëm ju duhet të paguani tarifat e transportit.

Kur bëni një porosi, unë do të marr dhurim 10% nga PCBWay për një kontribut në punën time. Ndihma juaj e vogël mund të më inkurajojë të bëj punë më të mrekullueshme në të ardhmen. Faleminderit për bashkëpunimin tuaj.

Hapi 9: Mblidhni PCB

Për Soldering, do t'ju duhet një Hekur, Saldues, Nipper dhe një multimetër i mirë. Practiceshtë praktikë e mirë të bashkoni përbërësit sipas lartësisë së tyre. Së pari bashkoni përbërësit me lartësi më të vogël.

Ju mund të ndiqni hapat e mëposhtëm për të bashkuar përbërësit:

1. Shtyni këmbët përbërëse përmes vrimave të tyre dhe ktheni PCB -në në anën e pasme.

2. Mbajeni majën e hekurit bashkues në kryqëzimin e jastëkut dhe këmbës së përbërësit.

3. Ushqeni lidhësin në nyje në mënyrë që të rrjedhë rreth plumbit dhe të mbulojë jastëkun. Pasi të ketë rrjedhur përreth, largojeni majën.

Hapi 10: Softuer & Biblioteka

Së pari, shkarkoni Kodin e bashkangjitur Arduino. Pastaj shkarkoni bibliotekat e mëposhtme dhe instalojini ato.

Bibliotekat:

Shkarkoni dhe instaloni bibliotekat e mëposhtme:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

Në kod, duhet të ndryshoni dy gjërat e mëposhtme.

1. Vlerat aktuale të vargjeve: Kjo mund të bëhet duke lidhur një multimetër në seri me baterinë. Shtypni butonin lart dhe matni rrymën, vlerat aktuale janë elementet e grupit.

2. Vcc: Ju përdorni një multimetër për të matur tensionin në kunjin Arduino 5V. Në rastin tim është 4.96V.

Përditësuar më 20.11.2019

Mund të ndryshoni vlerën Low_BAT_Level në kod sipas kimisë së baterisë. Bettershtë më mirë të marrësh një diferencë të vogël mbi tensionin e ndërprerë të treguar më poshtë.

Këtu janë normat e shkarkimit dhe tensionet e ndërprerjes për kimikatet e ndryshme të baterive litium-jon:

1. Oksidi i kobaltit të litiumit: Tensioni i prerë = 2.5V në shkallën e shkarkimit 1C

2. Oksidi i Manganit të Litiumit: Tensioni i Shkëputur = 2.5V në shkallën e shkarkimit 1C

3. Fosfat hekuri litiumi: Tensioni i prerë = 2.5V në shkallën e shkarkimit 1C

4. Titanati i litiumit: Tensioni i ndërprerë = 1.8V në shkallën e shkarkimit 1C

5. Oksidi i kobaltit të nikelit të nikelit të litiumit: Tensioni i prerë = 2.5V në shkallën e shkarkimit 1C

6. Oksidi i aluminit të nikelit të kobaltit të litiumit: Tensioni i prerë = 3.0V në shkallën e shkarkimit 1C

Përditësuar më 01.04.2020

jcgrabo, sugjeroi disa ndryshime në modelin origjinal për të përmirësuar saktësinë. Ndryshimet janë renditur më poshtë:

1. Shtoni një referencë precize (LM385BLP-1.2) dhe lidheni atë me A1. Gjatë konfigurimit, lexoni vlerën e tij e cila dihet të jetë 1.215 volt, dhe më pas llogaritni Vcc duke eliminuar kështu nevojën për të matur Vcc.

2. Zëvendësoni rezistencën 1 ohm 5% me një rezistencë 1 ohm 1% fuqi duke zvogëluar kështu gabimet që varen nga vlera e rezistencës.

3. Në vend që të përdorni një grup fiks vlerash PWM për secilin hap aktual (në rritje prej 5) krijoni një grup vlerash të dëshiruara aktuale që përdoren për të llogaritur vlerat e nevojshme PWM për të arritur ato vlera aktuale sa më afër që të jetë e mundur. Ai e ndoqi atë duke llogaritur vlerat aktuale aktuale që do të arrihen me vlerat e llogaritura të PWM.

Duke marrë parasysh ndryshimet e mësipërme, ai rishikoi kodin dhe e ndau atë në pjesën e komenteve. Kodi i rishikuar është bashkangjitur më poshtë.

Faleminderit shumë jcgrabo për kontributin tuaj të çmuar në projektin tim. Shpresoj se ky përmirësim do të jetë i dobishëm për shumë përdorues të tjerë.

Hapi 11: Përfundim

Për të testuar qarkun, së pari ngarkova një bateri të mirë Samsung 18650 duke përdorur ngarkuesin tim ISDT C4. Pastaj lidhni baterinë me terminalin e baterisë. Tani vendosni rrymën sipas kërkesës tuaj dhe shtypni gjatë butonin "UP". Atëherë duhet të dëgjoni një bip dhe fillon procedura e testimit. Gjatë testit, ju do të monitoroni të gjithë parametrat në ekranin OLED. Bateria do të shkarkohet derisa tensioni i saj të arrijë pragun e nivelit të ulët (3.2V). Procesi i testimit do të përfundojë me dy bip të gjatë.

Shënim: Projekti është ende në fazën e zhvillimit. Mund të bashkoheni me mua për çdo përmirësim. Ngrini komentet nëse ka ndonjë gabim ose gabim. Unë jam duke projektuar një PCB për këtë projekt. Qëndroni të lidhur për më shumë përditësime të projektit.

Shpresoj se mësimi im është i dobishëm. Nëse ju pëlqen, mos harroni të ndani:) Regjistrohuni për më shumë projekte DIY. Faleminderit.