בודק קיבולת סוללות של Arduino DIY - V2.0: 11 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

כיום מצויות סוללות ליתיום ו- NiMH מזויפות בכל מקום הנמכרות על ידי פרסום בעל יכולות גבוהות יותר מהקיבולת האמיתית שלהן. אז באמת קשה להבחין בין סוללה אמיתית לבין סוללה מזויפת. באופן דומה, קשה לדעת את הקיבולת השמורה בסוללות הניידות שהצילו 18650. לכן, נדרש מכשיר למדידת הקיבולת האמיתית של הסוללות.

בשנת 2016 כתבתי הוראה בנושא "בודק קיבולת Arduino - V1.0" שהיה מכשיר פשוט מאוד ופשוט. הגרסה הקודמת התבססה על חוק אוהם. הסוללה הנבדקת מתרוקנת באמצעות נגד קבוע, זרם וזמן הזמן נמדדים על ידי Arduino והקיבולת מחושבת על ידי הכפלת הקריאות (זרם פריקה וזמן).

החיסרון של הגרסה הקודמת היה שבמהלך הבדיקה, ככל שיורדת מתח הסוללה, גם הזרם יורד מה שהופך את החישובים למורכבים ולא מדויקים. כדי להתגבר על זה, הכנתי את ה- V2.0 המעוצב בצורה כזו שהזרם יישאר קבוע לאורך כל תהליך הפריקה. הכנתי את המכשיר הזה על ידי השראת העיצוב המקורי של MyVanitar

המאפיינים העיקריים של Capacity Tester V2.0 הם:

1. מסוגל למדוד את הקיבולת של סוללות AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer ו- Li FePO4. הוא מתאים כמעט לכל סוג של סוללה המדורגת מתחת ל- 5V.

2. משתמשים יכולים להגדיר את זרם הפריקה באמצעות כפתורי הלחיצה.

3. ממשק משתמש OLED

4. המכשיר יכול לשמש כטעינה אלקטרונית

עדכון בתאריך 02.12.2019

עכשיו אתה יכול להזמין את הלוח והרכיבים יחד בערכה מ- PCBWay

כתב ויתור: שים לב שאתה עובד עם סוללת ליתיום יונית שהיא מאוד נפץ ומסוכן. אינני יכול להיות אחראי לכל אובדן רכוש, נזק או אובדן חיים אם זה מגיע. הדרכה זו נכתבה למי שיש לו ידע בטכנולוגיית ליתיום-יון נטענת. אנא אל תנסה זאת אם אתה טירון. להישאר בטוח.

אספקה

רכיבים בשימוש

עכשיו הזמינו PCB ואת כל הרכיבים לבניית הפרויקט הזה בערכה מ- PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. ארדואינו ננו: אמזון / בנגגוד

3. Opamp LM358: אמזון / בנגגוד

4. תצוגת OLED בגודל 0.96 אינץ ': אמזון / בנגגוד

5. נגד קרמיקה: אמזון / בנגגוד

6. קבלים 100nF: אמזון / בנגגוד

7. קבלים 220uF: אמזון / בנגגוד

8. נגדים 4.7K & 1M: אמזון / Banggood

9. לחצן לחיצה: אמזון / באנגגוד

10. מכסה כפתורי לחיצה: Aliexpress

11. מסוף בורג: אמזון / בנגגוד

12. לוח אב טיפוס: אמזון / בנגגוד

13. PCB Stand-off: אמזון / בנגגוד

14. צינורות חימום חום: אמזון/ בנגגוד

15. כיור קירור: Aliexpress

כלים בשימוש

1. מלחם: אמזון / בנגגוד

2. מד מהדק: אמזון / בנגגוד

3. מולטימטר: אמזון / באנגגוד

4. מפוח אוויר חם: אמזון / בנגגוד

5. חותך חוטים: אמזון / בנגגוד

6. חשפן חוטים: אמזון / בנגגוד

שלב 1: תרשים סכמטי

הסכימה כולה מחולקת לפרקים הבאים:

1. מעגל ספק כוח

2. מעגל עומס זרם קבוע

3. מעגל מדידת מתח סוללה

4. מעגל ממשק משתמש

5. מעגל זמזם

1. מעגל ספק כוח

מעגל אספקת החשמל מורכב מג'ק DC (7-9V) ושני קבלים מסננים C1 ו- C2. תפוקת החשמל (Vin) מחוברת לסיכה Arduino Vin. כאן אני משתמש בווסת המתח המשולב של Arduino כדי להוריד את המתח ל -5 וולט.

2. מעגל עומס זרם קבוע

מרכיב הליבה של המעגל הוא Op-amp LM358 המכיל שני מגברים תפעוליים. אות ה- PWM מהפין Arduino D10 מסונן על ידי מסנן מעבר נמוך (R2 ו- C6) ומוזין למגבר המבצעי השני. הפלט של המגבר השני מחובר למגבר הראשון בתצורת עוקבי המתח. אספקת החשמל ל- LM358 מסוננת על ידי קבל ניתוק C5.

המגבר הראשון, R1 ו- Q1 בונה מעגל עומס קבוע. אז עכשיו אנחנו יכולים לשלוט בזרם דרך הנגד העומס (R1) על ידי שינוי רוחב הדופק של אות ה- PWM.

3. מעגל מדידת מתח סוללה

מתח הסוללה נמדד לפין הכניסה האנלוגי של Arduino A0. שני קבלים C3 ו- C4 משמשים לסינון הרעשים המגיעים ממעגל העומס הקבוע שיכול לגרום לפגיעה בביצועי ההמרה של ADC.

4. מעגל ממשק משתמש

מעגל ממשק המשתמש מורכב משני כפתורי לחיצה ותצוגת OLED I96 של 0.96 אינץ '. הלחצן למעלה ולמטה הוא להגדיל או להקטין את רוחב הדופק PWM. R3 ו- R4 הם נגדי משיכה ללחיצה למעלה ולמטה. כפתורים. C7 ו- C8 משמשים להפסקת כפתורי הלחיצה. לחצן השלישי (RST) משמש לאיפוס Arduino.

5. מעגל זמזם

מעגל הזמזם משמש להתראה על תחילת הבדיקה וסופה. זמזם 5V מחובר לסיכה דיגיטלית D9 של Arduino.

שלב 2: איך זה עובד?

התיאוריה מבוססת על השוואת המתח של כניסות ההיפוך (סיכה -2) והכניסה הלא-היפנית (סיכה -3) של OpAmp, המוגדרות כמגבר אחדות. כאשר אתה מגדיר את המתח המופעל על הכניסה הבלתי הפיכה על ידי התאמת אות ה- PWM, פלט ה- opamp פותח את השער של MOSFET. כאשר ההפעלה של MOSFET, הזרם עובר דרך R1, הוא יוצר ירידת מתח, המספקת משוב שלילי ל- OpAmp. הוא שולט ב- MOSFET בצורה כזו שהמתחים בכניסות ההפוך והבלתי הפיכות שוות. אז, הזרם דרך נגד העומס הוא פרופורציונלי למתח בכניסה הלא-היפנית של ה- OpAmp.

אות ה- PWM מהארדואינו מסונן באמצעות מעגל מסנן נמוך (R2 ו- C1). כדי לבדוק את ביצועי אות ה- PWM ומעגל הסינון, חיברתי את ה- DSO ch-1 שלי לכניסה ואת ch-2 ביציאת מעגל המסנן. צורת גל הפלט מוצגת למעלה.

שלב 3: מדידת קיבולת

כאן הסוללה מתרוקנת למתח הסף הנמוך שלה (3.2V).

קיבולת הסוללה (mAh) = זרם (I) ב- mA x זמן (T) בשעות

מהמשוואה לעיל ברור שכדי לחשב את קיבולת הסוללה (mAh), עלינו לדעת את הזרם ב- mA והזמן בשעה. המעגל המתוכנן הוא מעגל עומס קבוע, כך שזרם הפריקה נשאר קבוע לאורך כל תקופת הבדיקה.

ניתן לכוון את זרם הפריקה על ידי לחיצה על לחצן למעלה ולמטה. משך הזמן נמדד באמצעות טיימר בקוד הארדואינו.

שלב 4: יצירת המעגל

בשלבים הקודמים הסברתי את הפונקציה של כל אחד מהרכיבים במעגל. לפני הקפיצה להכנת הלוח הסופי, בדוק תחילה את המעגל על לוח לחם. אם המעגל עובד בצורה מושלמת על לוח הלחם, עברו להלחם את הרכיבים בלוח האב -טיפוס.

השתמשתי בלוח אב הטיפוס של 7 ס"מ על 5 ס"מ.

הרכבת הננו: ראשית חתכו שתי שורות של סיכת כותרת נקבה עם 15 סיכות בכל אחת. השתמשתי בכפוף אלכסוני כדי לחתוך את הכותרות. לאחר מכן הלחם את סיכות הכותרת. ודא שהמרחק בין שתי המסילות מתאים לננו הארדואינו.

תצוגת OLED הרכבה: חותכים כותרת נקבה עם 4 סיכות. לאחר מכן, הלחם אותו כפי שמוצג בתמונה.

הרכבת המסופים והרכיבים: הלחם את שאר הרכיבים כפי שמוצג בתמונות.

חיווט: בצע את החיווט בהתאם לסכימה. השתמשתי בחוטים צבעוניים כדי לייצר את החיווט כך שאוכל לזהות אותם בקלות.

שלב 5: תצוגת OLED

כדי להציג את מתח הסוללה, זרם הפריקה והקיבולת, השתמשתי בתצוגת OLED בגודל 0.96 אינץ '. יש לה רזולוציה של 128x64 ומשתמשת באוטובוס I2C כדי לתקשר עם ה- Arduino. שני פינים SCL (A5), SDA (A4) ב- Arduino Uno משמשים. לתקשורת.

אני משתמש בספריית Adafruit_SSD1306 כדי להציג את הפרמטרים.

ראשית, עליך להוריד את Adafruit_SSD1306. לאחר מכן התקין אותו.

החיבורים צריכים להיות כדלקמן

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

שלב 6: זמזם לאזהרה

כדי לספק התראות במהלך תחילת הבדיקה והתחרות, משתמשים בזמזם פיצו. לבאזר יש שני מסופים, הארוך יותר חיובי והרגל הקצרה שלילית. המדבקה על הבאזר החדש מסומנת גם היא " +" כדי לציין את הטרמינל החיובי.

מכיוון שללוח האב טיפוס אין מספיק מקום למקם את הזמזם, חיברתי את הזמזם ללוח המעגל הראשי באמצעות שני חוטים. כדי לבודד את החיבור החשוף, השתמשתי בצינורות כיווץ חום.

החיבורים צריכים להיות כדלקמן

זמזם ארדואינו

מסוף D9 חיובי

מסוף שלילי של GND

שלב 7: הרכבת הסטנדאפים

לאחר הלחמה וחיווט, הרכיבו את הסטנדים ב -4 פינות. הוא יספק מספיק מרווח למפרקי הלחמה ולחוטים מהקרקע.

שלב 8: עיצוב PCB

ציירתי את הסכימה באמצעות תוכנת מקוונת EasyEDA לאחר מכן עבר לפריסת ה- PCB.

כל הרכיבים שהוספת בסכימה צריכים להיות שם, מוערמים זה על זה, מוכנים להנחה ולניתוב. גרור את הרכיבים על ידי אחיזה ברפידותיו. לאחר מכן הנח אותו בתוך הגבול המלבני.

מסדרים את כל הרכיבים כך שהלוח תופס מקום מינימלי. ככל שגודל הלוח קטן יותר כך עלות הייצור של ה- PCB תהיה זולה יותר. זה יהיה שימושי אם ללוח זה יהיו כמה חורי הרכבה על מנת שניתן יהיה להתקין אותו במארז.

עכשיו אתה צריך לנתב. ניתוב הוא החלק המהנה ביותר בכל התהליך הזה. זה כמו לפתור חידה! באמצעות כלי המעקב עלינו לחבר את כל הרכיבים. אתה יכול להשתמש בשכבה העליונה והתחתונה כדי למנוע חפיפה בין שני מסלולים שונים ולהפוך את הרצועות לקצרות יותר.

אתה יכול להשתמש בשכבת המשי כדי להוסיף טקסט ללוח. כמו כן, אנו יכולים להכניס קובץ תמונה, לכן אני מוסיף תמונה של לוגו האתר שלי להדפסה על הלוח. בסופו של דבר, בעזרת הכלי שטח נחושת, עלינו ליצור את שטח הקרקע של ה- PCB.

אתה יכול להזמין אותו מ- PCBWay.

הירשם ל- PCBWay כעת וקבל קופון בסך $ 5. זה אומר שההזמנה הראשונה שלך היא ללא עלות רק אתה צריך לשלם את דמי המשלוח.

כאשר אתה מבצע הזמנה, אקבל 10% תרומה מ- PCBWay עבור תרומה לעבודה שלי. העזרה הקטנה שלך עשויה לעודד אותי לעשות עוד עבודה מדהימה בעתיד. תודה על שיתוף הפעולה.

שלב 9: הרכיב את הלוח המודרני

לצורך הלחמה תזדקק למלחמה הגונה, הלחמה, ניפר ומולטימטר. זה מנהג טוב להלחם את הרכיבים בהתאם לגובה שלהם. הלחם קודם כל את רכיבי הגובה הפחות.

תוכל לבצע את השלבים הבאים להלחמת הרכיבים:

1. דחוף את רגלי הרכיב דרך החורים שלהן והפוך את הלוח המודפס על גבו.

2. החזק את קצה המגהץ עד לצומת הרפידה ורגל הרכיב.

3. הזן הלחמה למפרק כך שיזרום סביב העופרת ויכסה את הכרית. לאחר שהוא זורם מסביב, הרחיקו את הקצה.

שלב 10: תוכנות וספריות

ראשית, הורד את קוד Arduino המצורף. לאחר מכן הורד את הספריות הבאות והתקן אותן.

ספריות:

הורד והתקן את הספריות הבאות:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

בקוד, עליך לשנות את שני הדברים הבאים.

1. ערכי מערכים נוכחיים: ניתן לעשות זאת על ידי חיבור מולטימטר בסדרה עם הסוללה. לחץ על כפתור למעלה ומדוד את הזרם, הערכים הנוכחיים הם מרכיבי המערך.

2. Vcc: אתה משתמש במולטימטר למדידת המתח בסיכה 5V Arduino. במקרה שלי הוא 4.96V.

עודכן בתאריך 20.11.2019

אתה יכול לשנות את ערך Low_BAT_Level בקוד בהתאם לכימיה של הסוללה. עדיף לקחת מעט מרווח על מתח החיתוך המפורט להלן.

להלן שיעורי הפריקה ומתחי הניתוק של כימאי סוללות ליתיום-יונים שונים:

1. תחמוצת ליתיום קובלט: מתח ניתוק = 2.5V בקצב פריקה של 1C

2. תחמוצת ליתיום מנגן: מתח ניתוק = 2.5V בקצב פריקה של 1C

3. ליתיום ברזל פוספט: מתח ניתוק = 2.5V בקצב פריקה של 1C

4. ליתיום טיטאנט: מתח ניתוק = 1.8V בקצב פריקה של 1C

5. תחמוצת קובלט מלטאן ניקל: ניתוק מתח = 2.5V בקצב פריקה של 1C

6. תחמוצת אלומיניום קובלט ניקל קובלט: מתח ניתוק = 3.0V בקצב פריקה של 1C

עודכן בתאריך 01.04.2020

jcgrabo, הציע כמה שינויים בעיצוב המקורי כדי לשפר את הדיוק. השינויים מפורטים להלן:

1. הוסף הפניה מדויקת (LM385BLP-1.2) וחיבר אותה ל- A1. במהלך ההתקנה, קרא את ערכו הידוע כ -1.215 וולט, ולאחר מכן חישב את Vcc ובכך תבטל את הצורך למדוד Vcc.

2. החלף את הנגד של 1 אוהם 5% בנגד כוח של 1 אוהם 1% ובכך הפחית שגיאות התלויות בערך ההתנגדות.

3. במקום להשתמש במערך קבוע של ערכי PWM עבור כל שלב נוכחי (במרווחים של 5) צור מערך של ערכי זרם רצויים המשמשים לחישוב ערכי PWM הדרושים כדי להשיג את הערכים הנוכחיים הקרובים ככל האפשר. הוא עקב אחר כך בחישוב הערכים הנוכחיים בפועל שיושגו עם ערכי ה- PWM המחושבים.

בהתחשב בשינויים שלעיל, הוא תיקן את הקוד ושיתף אותו בחלק ההערות. הקוד המתוקן מצורף למטה.

תודה רבה jcgrabo על התרומה היקרה שלך לפרויקט שלי. אני מקווה שהשיפור הזה יועיל לעוד הרבה משתמשים.

שלב 11: סיכום

כדי לבדוק את המעגל, תחילה טענתי סוללת סמסונג 18650 טובה באמצעות מטען ISDT C4 שלי. לאחר מכן חבר את הסוללה למסוף הסוללה. כעת הגדר את הזרם לפי הדרישה שלך ולחץ לחיצה ארוכה על כפתור "למעלה". אז אתה צריך לשמוע צפצוף והליך הבדיקה מתחיל. במהלך הבדיקה, תעקוב אחר כל הפרמטרים בתצוגת OLED. הסוללה תתרוקן עד שהמתח שלה יגיע לסף הרמה הנמוכה (3.2V). תהליך הבדיקה יסתיים בשני צפצופים ארוכים.

הערה: הפרויקט עדיין בשלבי פיתוח. אתה יכול להצטרף אלי לכל שיפור. העלה הערות אם יש טעויות או טעויות. אני מתכנן PCB לפרויקט זה. הישאר מחובר לעדכונים נוספים לפרויקט.

מקווה שההדרכה שלי מועילה. אם אהבתם, אל תשכחו לשתף:) הירשמו לפרויקטים נוספים של DIY. תודה.