تست کننده ظرفیت باتری آردوینو DIY - V2.0: 11 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

امروزه باتری های تقلبی لیتیوم و NiMH در همه جا وجود دارند که با تبلیغات با ظرفیت های بالاتر از ظرفیت واقعی خود به فروش می رسند. بنابراین تشخیص بین یک باتری واقعی و یک جعلی واقعاً دشوار است. به طور مشابه ، تشخیص ظرفیت حفظ شده در باتری های لپ تاپ 18650 نجات یافته دشوار است. بنابراین ، یک دستگاه برای اندازه گیری ظرفیت واقعی باتری ها مورد نیاز است.

در سال 2016 ، من یک دستورالعمل در "تست کننده ظرفیت آردوینو - V1.0" نوشتم که یک دستگاه بسیار مستقیم و ساده بود. نسخه قبلی بر اساس قانون اهم بود. باتری مورد آزمایش از طریق یک مقاومت ثابت تخلیه می شود ، جریان و مدت زمان توسط آردوینو اندازه گیری می شود و ظرفیت با ضرب هر دو قرائت (جریان تخلیه و زمان) محاسبه می شود.

اشکال نسخه قبلی این بود که در حین آزمایش ، با کاهش ولتاژ باتری ، جریان نیز کاهش می یابد که محاسبات را پیچیده و نادرست می کند. برای غلبه بر این ، من V2.0 را طراحی کرده ام که به گونه ای طراحی شده است که جریان در طول فرآیند تخلیه ثابت می ماند. من این دستگاه را با الهام از طرح اصلی MyVanitar ساختم

ویژگی های اصلی Capacity Tester V2.0 عبارتند از:

1. قابلیت اندازه گیری ظرفیت AA / AAA NiMh / NiCd ، 18650 Li-ion ، Li-Polymer و Li FePO4 باتری. تقریباً برای هر نوع باتری با درجه 5V کمتر مناسب است.

2. کاربران می توانند با استفاده از دکمه های فشار جریان تخلیه را تنظیم کنند.

3. رابط کاربری OLED

4. دستگاه را می توان به عنوان بار الکترونیکی استفاده کرد

به روز رسانی در 02.12.2019

اکنون می توانید PCB و قطعات را با هم در یک کیت از PCBWay سفارش دهید

سلب مسئولیت: لطفاً توجه داشته باشید که شما با باتری Li-Ion کار می کنید که بسیار انفجاری و خطرناک است. من در صورت هرگونه مسئولیتی نمی توانم در قبال از دست دادن اموال ، خسارت یا از دست دادن جانی مسئولیت داشته باشم. این آموزش برای کسانی نوشته شده است که از فناوری لیتیوم یون قابل شارژ آگاهی دارند. لطفاً اگر مبتدی هستید این کار را انجام ندهید. ایمن بمانید.

تدارکات

اجزای مورد استفاده

اکنون PCB و تمام اجزای آن را برای ساخت این پروژه در کیت از PCBWay سفارش دهید

1. PCB: PCBWay

2. آردوینو نانو: آمازون / Banggood

3. Opamp LM358: آمازون / Banggood

4. صفحه نمایش 0.96 اینچی OLED: آمازون / Banggood

5. مقاومت سرامیکی: آمازون / Banggood

6. خازن 100nF: آمازون / Banggood

7. خازن 220uF: آمازون / Banggood

8. مقاومت 4.7K و 1M: آمازون / Banggood

9. دکمه فشار: آمازون / Banggood

10. کلاه دکمه های فشار: Aliexpress

11. ترمینال پیچ: آمازون / Banggood

12. برد نمونه اولیه: آمازون / Banggood

13. PCB Stand-off: آمازون / Banggood

14. لوله حرارتی: آمازون/ Banggood

15. هیت سینک: Aliexpress

ابزارهای مورد استفاده

1. آهن لحیم کاری: آمازون / Banggood

2. گیره متر: آمازون / Banggood

3. مولتی متر: آمازون / Banggood

4. دمنده هوای گرم: آمازون / Banggood

5. برش سیم: آمازون / Banggood

6. سیم گیر: آمازون / Banggood

مرحله 1: نمودار شماتیک

کل طرحواره به بخشهای زیر تقسیم می شود:

1. مدار منبع تغذیه

2. مدار بار فعلی ثابت

3. مدار اندازه گیری ولتاژ باتری

4. مدار رابط کاربر

5. مدار زنگ دار

1. مدار منبع تغذیه

مدار منبع تغذیه شامل یک جک DC (7-9V) و دو خازن فیلتر C1 و C2 است. خروجی برق (Vin) به پین Arduino Vin متصل است. در اینجا من از تنظیم کننده ولتاژ داخلی آردوینو برای کاهش ولتاژ به 5V استفاده می کنم.

2. مدار بار فعلی ثابت

جزء اصلی مدار Op-amp LM358 است که شامل دو تقویت کننده عملیاتی است. سیگنال PWM از پین Arduino D10 توسط یک فیلتر کم گذر (R2 و C6) فیلتر شده و به تقویت کننده عملیاتی دوم تغذیه می شود. خروجی op-amp دوم در پیکربندی پیرو ولتاژ به op-amp اول متصل است. منبع تغذیه LM358 توسط یک خازن جدا کننده C5 فیلتر می شود.

اولین op-amp ، R1 و Q1 یک مدار بار جریان ثابت ایجاد می کنند. بنابراین اکنون می توانیم جریان را از طریق مقاومت بار (R1) با تغییر عرض پالس سیگنال PWM کنترل کنیم.

3. مدار اندازه گیری ولتاژ باتری

ولتاژ باتری توسط پین ورودی آنالوگ آردوینو A0 اندازه گیری می شود. از دو خازن C3 و C4 برای فیلتر کردن صداهایی که از مدار بار جریان ثابت خارج می شود استفاده می شود که می تواند عملکرد تبدیل ADC را تضعیف کند.

4. مدار رابط کاربر

مدار رابط کاربر شامل دو دکمه و یک صفحه نمایش OLED 0.96 اینچی I2C است. دکمه بالا و پایین برای افزایش یا کاهش عرض پالس PWM است. R3 و R4 مقاومت های کششی برای فشار بالا و پایین هستند دکمه های C7 و C8 برای خروج از دکمه ها استفاده می شود. سومین دکمه (RST) برای تنظیم مجدد آردوینو استفاده می شود.

5. مدار وزوز

مدار زنگ برای هشدار شروع و پایان آزمایش استفاده می شود. یک زنگ 5 ولت به پین دیجیتال آردوینو D9 متصل شده است.

مرحله 2: چگونه کار می کند؟

این نظریه بر اساس مقایسه ولتاژ ورودی های معکوس (پین 2) و غیر معکوس (پین 3) OpAmp است که به عنوان تقویت کننده وحدت پیکربندی شده است. هنگامی که با تنظیم سیگنال PWM ولتاژ وارد شده به ورودی غیر معکوس را تنظیم می کنید ، خروجی opamp دروازه MOSFET را باز می کند. با روشن شدن MOSFET ، جریان از طریق R1 عبور می کند ، افت ولتاژ ایجاد می کند که بازخورد منفی به OpAmp می دهد. MOSFET را به گونه ای کنترل می کند که ولتاژهای ورودی معکوس و غیر معکوس آن برابر باشد. بنابراین ، جریان از طریق مقاومت بار متناسب با ولتاژ ورودی غیر وارونه OpAmp است.

سیگنال PWM از آردوینو با استفاده از مدار فیلتر کم گذر (R2 و C1) فیلتر می شود. برای آزمایش سیگنال PWM و عملکرد مدار فیلتر ، DSO ch-1 خود را در ورودی و ch-2 را در خروجی مدار فیلتر وصل کردم. شکل موج خروجی در بالا نشان داده شده است.

مرحله 3: اندازه گیری ظرفیت

در اینجا باتری به ولتاژ آستانه سطح پایین (3.2V) تخلیه می شود.

ظرفیت باتری (mAh) = جریان (I) در mA x زمان (T) در ساعت

از معادله فوق مشخص است که برای محاسبه ظرفیت باتری (میلی آمپر ساعت) ، باید جریان را در میلی آمپر و زمان را در ساعت بدانیم. مدار طراحی شده یک مدار بار جریان ثابت است ، بنابراین جریان تخلیه در طول دوره آزمایش ثابت می ماند.

با فشار دادن دکمه بالا و پایین می توان جریان تخلیه را تنظیم کرد. مدت زمان با استفاده از یک تایمر در کد آردوینو اندازه گیری می شود.

مرحله 4: ایجاد مدار

در مراحل قبل ، عملکرد هر یک از اجزای موجود در مدار را توضیح دادم. قبل از پرش برای ساختن تخته نهایی ، ابتدا مدار را روی تخته نان تست کنید. اگر مدار روی صفحه نان کاملاً کار می کند ، سپس به لحیم کردن قطعات روی تخته نمونه بروید.

من از تخته نمونه اولیه 7cm X 5cm استفاده کردم.

نصب نانو: ابتدا دو ردیف پین هدر زن را با 15 پین در هر کدام برش دهید. من برای برش سرصفحه ها از یک گیره مورب استفاده کردم. سپس پین هدر را لحیم کنید. مطمئن شوید که فاصله بین دو ریل متناسب با آردوینو نانو باشد.

نصب صفحه نمایش OLED: یک سربرگ زن را با 4 پین برش دهید. سپس آن را مانند تصویر لحیم کنید.

نصب پایانه ها و قطعات: اجزای باقی مانده را همانطور که در تصاویر نشان داده شده لحیم کنید.

سیم کشی: سیم کشی را مطابق شماتیک انجام دهید. برای ساخت سیم کشی از سیم های رنگی استفاده کردم تا بتوانم آنها را به راحتی تشخیص دهم.

مرحله 5: صفحه نمایش OLED

برای نمایش ولتاژ باتری ، جریان تخلیه و ظرفیت ، از صفحه نمایش OLED 0.96 اینچی استفاده کردم. وضوح 128x64 دارد و از گذرگاه I2C برای ارتباط با آردوینو استفاده می کند. دو پین SCL (A5) ، SDA (A4) در Arduino Uno استفاده می شود. برای ارتباط

من از کتابخانه Adafruit_SSD1306 برای نمایش پارامترها استفاده می کنم.

ابتدا باید Adafruit_SSD1306 را بارگیری کنید. سپس آن را نصب کنید.

اتصالات باید به شرح زیر باشد

آردوینو OLED

5V -VCC

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

مرحله 6: زنگ اخطار

برای ارائه هشدارها در هنگام شروع و رقابت آزمون ، از زنگ پیزو استفاده می شود. زنگ دارای دو پایانه است ، یکی بلندتر مثبت و پای کوتاه تر منفی است. برچسب زنگ جدید نیز " +" را نشان می دهد تا پایانه مثبت را نشان دهد.

از آنجایی که برد نمونه اولیه فضای کافی برای قرار دادن زنگ ندارد ، من با استفاده از دو سیم زنگ را به برد اصلی وصل کرده ام. برای عایق بندی اتصال برهنه ، از لوله های حرارتی کوچک کننده استفاده کرده ام.

اتصالات باید به شرح زیر باشد

Arduino Buzzer

D9 پایانه مثبت

GND ترمینال منفی

مرحله 7: نصب حالت های ایستاده

پس از لحیم کاری و سیم کشی ، استندها را در 4 گوشه نصب کنید. این فاصله کافی را برای اتصالات لحیم کاری و سیم ها از سطح زمین فراهم می کند.

مرحله 8: طراحی PCB

بعد از اینکه به طرح PCB تغییر دادم ، با استفاده از نرم افزار آنلاین EasyEDA شماتیک را ترسیم کرده ام.

همه اجزایی که در شماتیک اضافه کرده اید باید وجود داشته باشند ، روی هم چیده شده و آماده قرارگیری و مسیریابی باشند. با گرفتن پد های آن ، اجزا را بکشید. سپس آن را داخل خط مرزی مستطیل شکل قرار دهید.

همه اجزا را به گونه ای مرتب کنید که تخته حداقل فضا را اشغال کند. کوچکتر بودن اندازه برد ، هزینه تولید PCB ارزان تر است. اگر روی این تخته چند سوراخ نصب وجود داشته باشد تا بتواند در یک محفظه نصب شود ، مفید خواهد بود.

حالا باید مسیریابی کنید. مسیریابی سرگرم کننده ترین بخش از کل این فرایند است. مثل حل یک معماست! با استفاده از ابزار ردیابی باید همه اجزا را به هم متصل کنیم. شما می توانید از لایه بالا و پایین برای جلوگیری از همپوشانی بین دو آهنگ مختلف و کوتاه شدن آهنگ ها استفاده کنید.

برای افزودن متن به صفحه می توانید از لایه Silk استفاده کنید. همچنین ، ما قادر به درج یک فایل تصویری هستیم ، بنابراین من یک تصویر از لوگوی وب سایت خود اضافه می کنم تا روی تخته چاپ شود. در پایان ، با استفاده از ابزار مس مساحت ، باید مساحت سطح PCB را ایجاد کنیم.

می توانید آن را از PCBWay سفارش دهید.

برای دریافت کوپن 5 دلاری همین حالا PCBWay را ثبت نام کنید. این بدان معناست که اولین سفارش شما رایگان است ، فقط هزینه حمل و نقل را باید بپردازید.

هنگامی که سفارش می دهید ، من 10 don کمک مالی PCBWay را برای مشارکت در کارم دریافت می کنم. کمک کوچک شما ممکن است من را تشویق به انجام کارهای شگفت انگیزتر در آینده کند. با تشکر از همکاری شما.

مرحله 9: PCB را مونتاژ کنید

برای لحیم کاری ، شما به آهن لحیم کاری مناسب ، لحیم کاری ، نیپر و یک مولتی متر نیاز دارید. لحیم کاری قطعات با توجه به ارتفاع آنها تمرین خوبی است. ابتدا اجزای ارتفاع کمتر را لحیم کنید.

برای لحیم کاری قطعات می توانید مراحل زیر را دنبال کنید:

1. پایه های کامپوننت را از سوراخ های آنها عبور داده و PCB را به پشت آن بچرخانید.

2. نوک آهن لحیم کاری را به محل اتصال پد و پای قطعه نگه دارید.

3. لحیم را به داخل مفصل وارد کنید تا دور سرب جریان یابد و پد را بپوشاند. پس از اینکه اطراف آن جریان یافت ، نوک آن را دور کنید.

مرحله 10: نرم افزار و کتابخانه ها

ابتدا کد پیوست آردوینو را بارگیری کنید. سپس کتابخانه های زیر را بارگیری کرده و آنها را نصب کنید.

کتابخانه ها:

کتابخانه های زیر را بارگیری و نصب کنید:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

در کد ، باید دو مورد زیر را تغییر دهید.

1. مقادیر آرایه های جاری: این کار را می توان با اتصال یک مولتی متر به صورت سری با باتری انجام داد. دکمه بالا را فشار دهید و جریان را اندازه بگیرید ، مقادیر فعلی عناصر آرایه هستند.

2. Vcc: برای اندازه گیری ولتاژ در پین آردوینو 5 ولت از مولتی متر استفاده می کنید. در مورد من 4.96V است.

به روز شده در 20.11.2019

می توانید مقدار Low_BAT_Level را در کد بر اساس شیمی باتری تغییر دهید. بهتر است در مورد ولتاژ قطع شده در زیر کمی حاشیه در نظر بگیرید.

در اینجا نرخ تخلیه و ولتاژهای قطع مواد شیمیایی مختلف باتری لیتیوم یون آمده است:

1. اکسید لیتیم کبالت: ولتاژ قطع = 2.5 ولت در نرخ تخلیه 1 درجه سانتیگراد

2. لیتیوم منگنز اکسید: ولتاژ قطع = 2.5 ولت در نرخ تخلیه 1 درجه سانتیگراد

3. فسفات آهن لیتیوم: ولتاژ قطع = 2.5 ولت در نرخ تخلیه 1 درجه سانتیگراد

4. لیتیم تیتانات: ولتاژ قطع = 1.8 ولت در نرخ تخلیه 1 درجه سانتیگراد

5. اکسید کبالت منگنز نیکل لیتیوم: ولتاژ قطع = 2.5 ولت در نرخ تخلیه 1 درجه سانتی گراد

6. اکسید آلومینیوم نیکل کبالت نیکل: ولتاژ قطع = 3.0V در نرخ تخلیه 1C

به روز شده در 01.04.2020

jcgrabo ، برخی تغییرات را در طراحی اصلی برای بهبود دقت پیشنهاد کرد. تغییرات در زیر ذکر شده است:

1. یک مرجع دقیق (LM385BLP-1.2) اضافه کنید و آن را به A1 وصل کنید. در حین راه اندازی ، مقدار آن را که 1.215 ولت شناخته شده است ، بخوانید و سپس Vcc را محاسبه کنید و نیازی به اندازه گیری Vcc نداشته باشید.

2. مقاومت 1 اهم 5 with را با مقاومت 1 اهم 1 power جایگزین کنید و در نتیجه خطاهای وابسته به مقدار مقاومت را کاهش دهید.

3. به جای استفاده از مجموعه ای ثابت از مقادیر PWM برای هر مرحله فعلی (با افزایش 5) ، آرایه ای از مقادیر فعلی مورد نظر ایجاد کنید که برای محاسبه مقادیر لازم PWM برای دستیابی به آن مقادیر فعلی تا حد امکان استفاده می شود. او با محاسبه مقادیر فعلی واقعی که با مقادیر محاسبه شده PWM به دست می آید ، این کار را انجام داد.

وی با در نظر گرفتن تغییرات فوق ، کد را بازبینی و در قسمت نظرات به اشتراک گذاشت. کد تجدید نظر شده در زیر پیوست شده است.

از jcgrabo برای مشارکت ارزشمند شما در پروژه من بسیار متشکرم. امیدوارم این پیشرفت برای بسیاری از کاربران مفید باشد.

مرحله 11: نتیجه گیری

برای آزمایش مدار ، ابتدا یک باتری خوب Samsung 18650 را با استفاده از شارژر ISDT C4 خود شارژ کردم. سپس باتری را به پایانه باتری وصل کنید. اکنون جریان را بر اساس نیاز خود تنظیم کرده و دکمه "UP" را طولانی فشار دهید. سپس باید یک بوق بشنوید و روش آزمایش شروع می شود. در طول آزمایش ، تمام پارامترهای روی صفحه نمایش OLED را زیر نظر خواهید داشت. باتری تخلیه می شود تا زمانی که ولتاژ آن به آستانه سطح پایین (3.2V) برسد. فرآیند آزمایش با دو بوق بلند به پایان می رسد.

توجه: پروژه هنوز در مرحله توسعه است. برای هرگونه پیشرفت می توانید به من بپیوندید. در صورت وجود هرگونه اشتباه یا خطا ، نظرات خود را مطرح کنید. من در حال طراحی PCB برای این پروژه هستم. برای به روزرسانی بیشتر پروژه در ارتباط باشید.

امیدوارم آموزش من مفید بوده باشد. اگر دوست دارید ، اشتراک گذاری را فراموش نکنید:) برای پروژه های DIY بیشتر مشترک شوید. متشکرم.