Направи си сам тестер за капацитет на батерията Arduino - V2.0: 11 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

В днешно време фалшиви литиеви и NiMH батерии са навсякъде, които се продават чрез реклама с по -голям капацитет от истинския им капацитет. Така че наистина е трудно да се направи разлика между истинска и фалшива батерия. По същия начин е трудно да се знае капацитетът, запазен в спасените батерии за лаптоп 18650. Така че е необходимо устройство за измерване на истинския капацитет на батериите.

През 2016 г. написах инструкция за „Arduino Capacity Tester - V1.0“, което беше много просто и просто устройство. По -ранната версия се основава на закона на Ом. Батерията, която ще се тества, се разрежда чрез фиксиран резистор, токът и продължителността на времето се измерват от Arduino и капацитетът се изчислява чрез умножаване на двете показания (разряд на ток и време).

Недостатъкът на по -ранната версия беше, че по време на тестването, тъй като с намаляването на напрежението на батерията, токът също намалява, което прави изчисленията сложни и неточни. За да преодолея това, направих V2.0, който е проектиран по такъв начин, че токът да остане постоянен през целия процес на разреждане. Направих това устройство, като вдъхнових оригиналния дизайн на MyVanitar

Основните характеристики на Capacity Tester V2.0 са:

1. Възможност за измерване на капацитета на батерии AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer и Li FePO4. Подходящ е за почти всякакъв вид батерии с мощност под 5V.

2. Потребителите могат да настроят разрядния ток с помощта на бутоните.

3. OLED потребителски интерфейс

4. Устройството може да се използва като електронен товар

Актуализация на 02.12.2019

Сега можете да поръчате печатната платка и компонентите заедно в комплект от PCBWay

Отказ от отговорност: Моля, обърнете внимание, че работите с Li-Ion батерия, която е силно експлозивна и опасна. Не мога да нося отговорност за загуба на собственост, щети или загуба на живот, ако се стигне до това. Този урок е написан за тези, които имат познания за акумулаторната литиево-йонна технология. Моля, не опитвайте това, ако сте начинаещ. Пази се.

Консумативи

Използвани компоненти

Сега поръчайте печатни платки и всички компоненти, за да изградите този проект в комплект от PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. 0,96 OLED дисплей: Amazon / Banggood

5. Керамичен резистор: Amazon / Banggood

6. Кондензатор 100nF: Amazon / Banggood

7. Кондензатор 220uF: Amazon / Banggood

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

9. Бутон за натискане: Amazon / Banggood

10. Капачка с бутони: Aliexpress

11. Винтов терминал: Amazon / Banggood

12. Прототипна платка: Amazon / Banggood

13. Стойност на печатни платки: Amazon / Banggood

14. Тръби с радиатор: Amazon/ Banggood

15. Радиатор: Aliexpress

Използвани инструменти

1. Поялник: Amazon / Banggood

2. Скоба за измерване: Amazon / Banggood

3. Мултицет: Amazon / Banggood

4. Духалка с горещ въздух: Amazon / Banggood

5. Резачка за тел: Amazon / Banggood

6. Тела за сваляне: Amazon / Banggood

Стъпка 1: Схематична диаграма

Цялата схема е разделена на следните раздели:

1. Захранваща верига

2. Електрическа верига на постоянен ток

3. Верига за измерване на напрежението на акумулатора

4. Верига на потребителския интерфейс

5. Верига на зумера

1. Захранваща верига

Захранващата верига се състои от DC жак (7-9V) и два филтърни кондензатора C1 и C2. Изходната мощност (Vin) е свързана към щифта Arduino Vin. Тук използвам вградения регулатор на напрежението Arduino, за да понижа напрежението до 5V.

2. Електрическа верига на постоянен ток

Основният компонент на веригата е Op-amp LM358, който съдържа два операционни усилвателя. ШИМ сигналът от щифт D10 на Arduino се филтрира от нискочестотен филтър (R2 и C6) и се подава към втория операционен усилвател. Изходът на втория оп-усилвател е свързан към първия операционен усилвател в конфигурация на последовател на напрежение. Захранването към LM358 се филтрира от отделящ кондензатор С5.

Първият операционен усилвател, R1 и Q1 изграждат верига с постоянен токов товар. Така че сега можем да контролираме тока през натоварващия резистор (R1), като променим ширината на импулса на ШИМ сигнала.

3. Верига за измерване на напрежението на акумулатора

Напрежението на батерията се измерва чрез аналоговия вход A0 на Arduino. Два кондензатора C3 и C4 се използват за филтриране на шумовете, идващи от веригата на натоварване с постоянен ток, които могат да влошат производителността на преобразуване на ADC.

4. Верига на потребителския интерфейс

Схемата на потребителския интерфейс се състои от два бутона и 0.96 I2C OLED дисплей. Бутонът нагоре и надолу е за увеличаване или намаляване на ширината на импулса на ШИМ. R3 и R4 са издърпващи се резистори за натискане нагоре и надолу C7 и C8 се използват за премахване на бутоните. Третия бутон (RST) се използва за нулиране на Arduino.

5. Верига на зумера

Звуковата верига се използва за предупреждение за началото и края на теста. Звуков сигнал 5V е закачен към цифров щифт D9 на Arduino.

Стъпка 2: Как работи?

Теорията се основава на сравнението на напрежението на инвертиращите (pin-2) и неинвертиращите (pin-3) входове на OpAmp, конфигурирани като усилвател с единица. Когато зададете напрежението, приложено към неинвертиращия вход чрез регулиране на ШИМ сигнала, изходът на опампата отваря портата на MOSFET. Когато MOSFET се включи, токът преминава през R1, той създава спад на напрежението, което осигурява отрицателна обратна връзка към OpAmp. Той управлява MOSFET по такъв начин, че напреженията на неговите инвертиращи и неинвертиращи входове са равни. Така че токът през натоварващия резистор е пропорционален на напрежението на неинвертиращия вход на OpAmp.

ШИМ сигналът от Arduino се филтрира чрез нискочестотна филтърна верига (R2 и C1). За да тествам PWM сигнала и работата на филтърната верига, свързах моя DSO ch-1 на входа и ch-2 на изхода на филтърната верига. Изходната форма на вълната е показана по -горе.

Стъпка 3: Измерване на капацитета

Тук батерията се разрежда до ниското си прагово напрежение (3.2V).

Капацитет на батерията (mAh) = Ток (I) в mA x Време (T) в часове

От горното уравнение става ясно, че за да изчислим капацитета на батерията (mAh), трябва да знаем тока в mA и времето в час. Проектираната верига е верига с постоянен ток, така че разрядният ток остава постоянен през целия период на изпитване.

Разрядният ток може да се регулира чрез натискане на бутоните нагоре и надолу. Продължителността на времето се измерва с помощта на таймер в кода на Arduino.

Стъпка 4: Изграждане на веригата

В предишните стъпки обясних функцията на всеки от компонентите във веригата. Преди да скочите, за да направите последната дъска, първо тествайте веригата на макет. Ако схемата работи перфектно на макета, преминете към запояване на компонентите на прототипната платка.

Използвах прототипна дъска 7cm X 5cm.

Монтиране на Nano: Първо изрежете два реда женски щифт с 15 щифта във всеки. Използвах диагонална щипка за изрязване на заглавките. След това запоявайте щифтовете на заглавката. Уверете се, че разстоянието между двете релси отговаря на Arduino nano.

Монтаж на OLED дисплей: Изрежете женска глава с 4 щифта. След това го запоявайте, както е показано на снимката.

Монтиране на клемите и компонентите: Запоявайте останалите компоненти, както е показано на снимките.

Окабеляване: Направете окабеляването според схемата. Използвах цветни проводници, за да направя окабеляването, така че да мога лесно да ги идентифицирам.

Стъпка 5: OLED дисплей

За да покажа напрежението на батерията, разрядния ток и капацитета, използвах 0,96 OLED дисплей. Той има резолюция 128x64 и използва I2C шина за комуникация с Arduino. Използват се два пина SCL (A5), SDA (A4) в Arduino Uno за комуникация.

Използвам библиотеката Adafruit_SSD1306 за показване на параметрите.

Първо трябва да изтеглите Adafruit_SSD1306. След това го инсталира.

Връзките трябва да бъдат както следва

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4- SDA

A5- SCL

Стъпка 6: Звуков сигнал за предупреждение

За да се подават сигнали по време на старта и състезанието на теста, се използва пиезо зумер. Звуков сигнал има два извода, по -дългият е положителен, а по -късият крак е отрицателен. Стикерът на новия зумер също има маркировка „ +“, която показва положителния извод.

Тъй като прототипната платка няма достатъчно място за поставяне на зумера, свързах зумера към основната платка с помощта на два проводника. За да изолирам голата връзка, използвах термосвиваеми тръби.

Връзките трябва да бъдат както следва

Звуков сигнал на Arduino

D9 Положителен терминал

GND Отрицателен терминал

Стъпка 7: Монтиране на стойките

След запояване и окабеляване монтирайте стойките на 4 ъгъла. Той ще осигури достатъчно разстояние до запояващите съединения и проводници от земята.

Стъпка 8: Дизайн на печатни платки

Начертах схемата с помощта на онлайн софтуер EasyEDA, след което преминах към оформлението на печатната платка.

Всички компоненти, които сте добавили в схемата, трябва да са там, подредени един върху друг, готови за поставяне и маршрутизиране. Плъзнете компонентите, като ги хванете за подложките. След това го поставете в правоъгълната граница.

Подредете всички компоненти по такъв начин, че дъската да заема минимално място. Колкото по -малък е размерът на платката, толкова по -евтини ще бъдат производствените разходи за печатни платки. Ще бъде полезно, ако тази дъска има някои монтажни отвори, така че да може да се монтира в заграждение.

Сега трябва да се насочите. Маршрутизирането е най -забавната част от целия този процес. Това е като решаване на пъзел! Използвайки инструмента за проследяване, трябва да свържем всички компоненти. Можете да използвате както горния, така и долния слой, за да избегнете припокриване между две различни песни и да ги направите по -къси.

Можете да използвате слоя Коприна, за да добавите текст към дъската. Също така можем да вмъкнем файл с изображение, така че добавям изображение на логото на моя уебсайт, което да се отпечата на дъската. В крайна сметка, използвайки инструмента за медна област, трябва да създадем заземената площ на печатната платка.

Можете да го поръчате от PCBWay.

Регистрирайте се в PCBWay сега, за да получите купон от 5 щ.д. Това означава, че първата ви поръчка е безплатна, само вие трябва да платите таксите за доставка.

Когато направите поръчка, ще получа 10% дарение от PCBWay за принос към моята работа. Вашата малка помощ може да ме насърчи да върша по -страхотна работа в бъдеще. Благодаря Ви за съдействието.

Стъпка 9: Сглобете печатната платка

За запояване ще ви трябват приличен поялник, спойка, щипка и мултицет. Добра практика е да запоявате компонентите според височината им. Първо запойте компонентите с по -малка височина.

Можете да изпълните следните стъпки за запояване на компонентите:

1. Плъзнете краката на компонента през отворите им и завъртете печатната платка на гърба си.

2. Дръжте върха на поялника към мястото на свързване на подложката и крака на компонента.

3. Поставете спойка в съединението, така че да тече навсякъде около проводника и да покрива подложката. След като тече навсякъде, преместете върха.

Стъпка 10: Софтуер и библиотеки

Първо изтеглете приложения Arduino код. След това изтеглете следните библиотеки и ги инсталирайте.

Библиотеки:

Изтеглете и инсталирайте следните библиотеки:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

В кода трябва да промените следните две неща.

1. Стойности на текущите масиви: Това може да стане чрез последователно свързване на мултицет с батерията. Натиснете бутона нагоре и измерете тока, текущите стойности са елементите на масива.

2. Vcc: Използвате мултицет за измерване на напрежението на щифта на Arduino 5V. В моя случай е 4.96V.

Актуализирано на 20.11.2019

Можете да промените стойността на Low_BAT_Level в кода според химията на батерията. По-добре е да вземете малко отклонение от прекъсващото напрежение, посочено по-долу.

Ето скоростите на разреждане и граничните напрежения за различните химии на литиево-йонната батерия:

1. Литиев кобалтов оксид: Прекъсващо напрежение = 2.5V при скорост на разреждане 1C

2. Литиев манганов оксид: Прекъсващо напрежение = 2.5V при скорост на разреждане 1C

3. Литиев железен фосфат: Прекъсващо напрежение = 2.5V при скорост на разреждане 1C

4. Литиев титанат: Прекъсващо напрежение = 1,8 V при 1C скорост на разреждане

5. Литиев никел Манганов кобалтов оксид: Прекъсващо напрежение = 2.5V при скорост на разреждане 1C

6. Литиев никел Кобалтов алуминиев оксид: Прекъсващо напрежение = 3.0V при скорост на разреждане 1C

Актуализирано на 01.04.2020 г

jcgrabo, предложи някои промени в оригиналния дизайн, за да се подобри точността. Промените са изброени по -долу:

1. Добавете прецизна справка (LM385BLP-1.2) и я свържете към A1. По време на настройката прочетете стойността му, за която е известно, че е 1,215 волта, и след това изчислете Vcc, като по този начин премахнете необходимостта от измерване на Vcc.

2. Сменете 1 ома 5% резистор с 1 ом 1% резистор на мощност, като по този начин намалите грешките, които зависят от стойността на съпротивлението.

3. Вместо да използвате фиксиран набор от стойности на ШИМ за всяка текуща стъпка (на стъпки от 5), създайте масив от желани стойности на тока, които се използват за изчисляване на необходимите стойности на ШИМ, за да се постигнат тези стойности на тока възможно най -близо. Той последва това чрез изчисляване на действителните текущи стойности, които ще бъдат постигнати с изчислените стойности на ШИМ.

Като разгледа горните промени, той преработи кода и го сподели в секцията за коментари. Ревизираният код е приложен по -долу.

Благодаря ви много jcgrabo за ценния ви принос към моя проект. Надявам се, че това подобрение ще бъде полезно за много повече потребители.

Стъпка 11: Заключение

За да тествам веригата, първо заредих добра батерия Samsung 18650, използвайки зарядното си устройство ISDT C4. След това свържете батерията към клемата на акумулатора. Сега настройте тока според вашите изисквания и натиснете дълго бутона „НАГОРЕ“. След това трябва да чуете звуков сигнал и тестовата процедура започва. По време на теста ще следите всички параметри на OLED дисплея. Батерията ще се разрежда, докато напрежението й достигне прага на ниско ниво (3,2 V). Процесът на тестване ще завърши с два дълги звукови сигнала.

Забележка: Проектът все още е в етап на разработка. Можете да се присъедините към мен за всякакви подобрения. Повдигнете коментарите, ако има грешки или грешки. Проектирам печатна платка за този проект. Останете свързани за повече актуализации на проекта.

Надявам се моят урок да е полезен. Ако ви харесва, не забравяйте да споделите:) Абонирайте се за още DIY проекти. Благодаря ти.