Вольтметр, амперметр и измеритель ёмкости аккумуляторов на микроконтроллере

Приставка для измерения емкости зарядки

Гуляев Сергей Николаевич
kvant19 [ a ] rambler.ru

Применение микроконтроллеров в электротехнике позволяет значительно упростить конструкцию, придать устройству такие функции, реализовать которые на отдельных логических элементах очень трудно а то и вообще невозможно .Примером может служить следующая конструкция.

Данное устройство подключается как приставка к зарядному устройству, разнообразных схем которых в интернете уже описано немало. Оно выводит на жидкокристаллический дисплей значение входного напряжения, величину тока зарядки аккумулятора, время зарядки и емкость зарядного тока(которая может быть или в Ампер-часах или в миллиампер-часах – зависит только от прошивки контроллера и примененного шунта). Выходное напряжение зарядного устройства не должно быть менее 7 вольт, иначе для данной приставки потребуется отдельный источник питания. Основу устройства составляет микроконтроллер PIC16F676 и жидкокристаллический 2-строчный индикатор SC 1602 ASLB-XH-HS-G. Максимальная зарядная емкость составляет 5500 ма/ч и 95,0 А/ч соответственно.

Принципиальная схема приведена на Рис 1.

Подключение к зарядному устройству – на Рис 2.

При включении микроконтроллер сначала запрашивает требуемую емкость зарядки. Устанавливается кнопкой SB1. Сброс – кнопкой SB2.

Если кнопку не нажимать более 5 секунд – контроллер автоматически переходит в режим измерений. На выводе 2 (RA5 )устанавливается высокий уровень.

Алгоритм подсчета емкости в данной приставке следующий:

1 раз в секунду микроконтроллер измеряет напряжение на входе приставки и ток, и если величина тока больше единицы младшего разряда – увеличивает счетчик секунд на 1. Таким образом часы показывают только время зарядки.

Далее микроконтроллер высчитывает средний ток за минуту. Для этого показания зарядного тока делятся на 60. Целое число записываются в счетчик, а остаток от деления потом прибавляется к следующему измеренному значению тока,и уже потом эта сумма делится на 60. Сделав, таким образом, 60 измерений в счетчике будет число среднего значения тока за минуту.

Далее среднее значение тока в свою очередь делится на 60(по такому же алгоритму). Таким образом, счетчик емкости увеличивается 1 раз в минуту на величину одна шестидесятая от величины среднего тока за минуту.

После этого счетчик среднего значения тока обнуляется и подсчет начинается сначала. Каждый раз, после подсчета емкости зарядки, производится сравнение измеренной емкости и заданной, и при их равенстве на дисплей выдается сообщение – “Зарядка завершена”, а во второй строке – значение этой емкости зарядки и напряжение. На выводе 2 микроконтроллера (RA5) появляется низкий уровень, что приводит к гашению светодиода. Данный сигнал можно использовать для включения реле, которое, например, отключает зарядное устройство от сети (см Рис 3).

Наладка устройства сводится только к установке правильных показаний зарядного тока (R1 R3)и входного напряжения (R2)с помощью эталонного амперметра и вольтметра. Для точной установки показаний приставки рекомендуется использовать многооборотные подстроечные резисторы или ставить дополнительные резисторы последовательно с подстроечными (подобрать экспериментально).

Теперь о шунтах.

Для зарядного устройства на ток до 1000 мА можно использовать блок питания на 15 в, в качестве шунта резистор на 5-10 Ом мощностью 5Вт, и последовательно с заряжаемым аккумулятором переменное сопротивление на 20-100 Ом, которым и будет выставляться величина зарядного тока.

Для зарядного тока до 10 А ( max 25,5 A ) потребуется изготовить шунт из высокоомной проволоки подходящего сечения на сопротивление 0,1 Ом. Проведенные испытания показали, что даже при сигнале с токового шунта равным 0,1 вольт настроечными резисторами R1 и R3 можно легко установить показания тока в 10 А. Однако, чем больше сигнал с датчика тока, тем легче настроить правильные показания.

В качестве шунта для приставки на 10 А я пробовал использовать кусок аллюминиевого провода сечением 1,5 мм длиной 30 см -прекрасно работает.

Печатная плата для данного устройства из-за простоты схемы не разрабатывалась, оно собрано на макетной плате таких же размеров как и жидкокристаллический индикатор и закреплен сзади. Микроконтроллер устанавливается на панельку и позволяет быстро поменять прошивку для перехода на другой ток зарядного устройства.

Download:
emk1A.asm, emk10A.asm – исходный текст программы
emk1A.hex, emk10A.hex – откомпилированная программа

Н.И. Заец “Радиолюбительские конструкции на PIC микроконтроллерах”
Книга 2, СОЛОН-ПРЕСС Москва 2005 г.

Измеритель емкости аккумуляторной батареи

В стать приводится схема измерителя емкости автомобильных аккумуляторов. Основой схемы является микроконтроллер PIC16F873A. Вся информация выводится на светодиодный индикатор с общим катодом.

MT30361 Datasheet Pdf

Вообще я эту схему и программу сочинял по настоятельной просьбе одного из посетителей сайта уже давно, но этот настоятельный посетитель скоропостижно куда-то пропал. Поэтому выкладываю все и для всех.

В принципе схема состоит из уже проверенных рабочих фрагментов из разных устройств, поэтому данное устройство я в «железо» не воплощал. Работа измерителя была симулирована в PROTEUS 7.7 SP2.

Работа схемы

На транзисторе VT1 и ОУ DA1.1 – LM358N собран электронный эквивалент нагрузки со стабилизацией втекающего тока разряда испытуемого аккумулятора.

LM358N Datasheet Pdf

Уровень тока разряда устанавливают подстроечным резистором R5. Низкоомный резистор R7 является датчиком тока для усилителя DA1.1, с него же снимается сигнал для АЦП микроконтроллера – цифровой амперметр. На ОУ DA1.2 собран компаратор ограничения напряжения разряда аккумулятора. Контролируемое напряжение с разряжаемого аккумулятора через делитель напряжения R8 и R9 подается на инвертирующий вход ОУ DA1.2. Коэффициент деления этого делителя составляет 1:10, это же напряжение через переключатель SA1, контакты 1-3 подается на оцифровку на вход RA1 микроконтроллера DD1. Это цифровой вольтметр. На не инвертирующий вход ОУ DA1.2 подается опорное напряжение с делителя R2 и R3. Резистором R9 производится подстройка показаний цифрового вольтметра. Резистором R3 производится установка напряжения ограничения разрядки аккумулятора. Величину этого напряжения можно посмотреть, переведя переключатель SA1 в нижнее по схеме положение. Транзистор VT2 – это импульсный усилитель звукового сигнала окончания разрядки аккумулятора. Изменяя величину резистора R13, можно изменять громкость звучания громкоговорителя ВА1. Микросхема DA2 – стабилизатор напряжения питания микроконтроллера, а так, как в качестве опорного напряжения при оцифровке сигналов в программе выбрано напряжение питания контроллера, то величина этого напряжения должна быть отрегулирована резистором R11 на уровне 5,12В. Светодиод HL1 это индикатор окончания процесса измерения.

Настройка прибора

Не вставляя запрограммированный микроконтроллер, подаем питание на правильно собранное устройство. Резистором R11 устанавливаем на выходе стабилизатора напряжение 5,12 вольт. Снимаем напряжение питания с платы и вставляем микроконтроллер. Переводим переключатель SA1 в верхнее положение, отключает коллектор транзистора VT1, подаем на разъем подключения аккумулятора контрольное напряжение 12 вольт. Такого же показания добиваемся на индикаторе вольтметра с помощью резистора R9. Переводим переключатель SA1 в нижнее положение, и выставляем напряжение ограничения разрядки, например, 10,5 вольт. При этом напряжение на выходе ОУ DA1.2 должно быть равно нулю. Начинаем плавно уменьшать контрольное напряжение и в районе 10,5 вольт должен сработать компаратор, при этом на его выходе напряжение должно возрасти до, примерно, пяти вольт (логическая единица). Эту единичку зафиксирует контроллер и подаст прерывистый звуковой сигнал, сигнализирующий о конце измерения емкости аккумулятора. Одновременно засветится светодиод HL1.

Далее восстанавливаем цепь коллектора транзистора VT1.

КТ827 Datasheet Pdf

В цепь разряда аккумулятора включаем контрольный амперметр, устанавливаем нужный ток (ток разряда автомобильных аккумуляторов выбирают в соответствии с формулой С/10, где С – емкость аккумулятора)разряда резистором R5 и сверяем наши показания с контрольными. Точность нашего амперметра в основном зависит от точности величины резистора датчика тока R7. Если показания будут завышенными, то величину резистора R7 надо будет уменьшить.

Работа с прибором.

Берем полностью заряженный аккумулятор и подключаем к устройству. Отсчет времени разряда начинается сразу же. На левом по схеме индикаторе мы увидим значение тока разряда, на среднем — напряжение на разряжаемом аккумуляторе, при условии, что SA1 в верхнем положении. На правом индикаторе со временем будет отображаться текущие значения емкости. Емкость определяется с точностью до десятых долей. Из этого следует, что показания емкости будут меняться каждые 6 минут. После того, как напряжение на аккумуляторе уменьшится до выбранного вами предела, засветится светодиод, прозвучит сигал. Контроллер зафиксирует измеренную емкость, но процесс разряда не прекратится, имейте это ввиду.

Читайте также:  Цифровой мультиметр MAS830 - обзор и технические характеристики

На этом все, Успехов, К.В.Ю.

Скачать полный проект можно здесь ↓.

Вольтметр, амперметр и измеритель ёмкости аккумуляторов на микроконтроллере

продаётся раскрученный сайт недорого обращаться в личку

Эта конструкция подключается как приставка к зарядному устройству, разнообразных схем которых в интернете уже описано немало. Она выводит на жидкокристаллический дисплей значение входного напряжения, величину тока зарядки аккумулятора, время зарядки и ёмкость зарядного тока(которая может быть или в Ампер-часах или в миллиампер-часах – зависит только от прошивки контроллера и применённого шунта). (См. Рис.1 и Рис.2)

Рис.1

Рис.2

Выходное напряжение зарядного устройства не должно быть менее 7 вольт, иначе для данной приставки потребуется отдельный источник питания.

Основу устройства составляет микроконтроллер PIC16F676 и жидкокристаллический 2-строчный индикатор SC 1602 ASLB-XH-HS-G.

Максимальная зарядная ёмкость составляет 5500 ма/ч и 95,0 А/ч соответственно.

Принципиальная схема приведена на Рис 3.

Рис.3. Принципиальная схема приставки для измерения ёмкости зарядки

Подключение к зарядному устройству – на Рис 4.

Рис.4 Схема подключения приставки к зарядному устройству

При включении микроконтроллер сначала запрашивает требуемую ёмкость зарядки.
Устанавливается кнопкой SB1. Сброс – кнопкой SB2.
На выводе 2 (RA5 )устанавливается высокий уровень, который включает реле P1, которое в свою очередь включает зарядное устройство (Рис.5).
Если кнопку не нажимать более 5 секунд – контроллер автоматически переходит в режим измерений.

Алгоритм подсчёта ёмкости в данной приставке следующий:
1 раз в секунду микроконтроллер измеряет напряжение на входе приставки и ток, и если величина тока больше единицы младшего разряда – увеличивает счётчик секунд на 1. Таким образом часы показывают только время зарядки.

Далее микроконтроллер высчитывает средний ток за минуту. Для этого показания зарядного тока делятся на 60. Целое число записываются в счётчик, а остаток от деления потом прибавляется к следующему измеренному значению тока,и уже потом эта сумма делится на 60. Сделав, таким образом, 60 измерений за 1 минуту в счётчике будет число среднего значения тока за минуту.
При переходе показаний секунд через ноль среднее значение тока в свою очередь делится на 60(по такому же алгоритму). Таким образом счётчик ёмкости увеличивается 1 раз в минуту на величину одна шестидесятая от величины среднего тока за минуту. После этого счётчик среднего значения тока обнуляется и подсчёт начинается сначала. Каждый раз, после подсчёта ёмкости зарядки, производится сравнение измеренной ёмкости и заданной, и при их равенстве на дисплей выдаётся сообщение – “Зарядка завершена”, а во второй строке – значение этой ёмкости зарядки и напряжение. На выводе 2 микроконтроллера (RA5) появляется низкий уровень, что приводит к отключению реле. Зарядное устройство отключится от сети.

Рис.5

Наладка устройства сводится только к установке правильных показаний зарядного тока (R1 R5) и входного напряжения (R4) с помощью эталонного амперметра и вольтметра.

Теперь о шунтах.
Для зарядного устройства на ток до 1000 мА можно использовать блок питания на 15 в, в качестве шунта резистор на 0.5-10 Ом мощностью 5Вт (меньшее значение сопротивления будет вносить меньшую погрешность в измерение, но затруднит точную настройку тока при калибровки прибора), и последовательно с заряжаемым аккумулятором переменное сопротивление на 20-100 Ом, которым и будет выставляться величина зарядного тока.
Для зарядного тока до 10А потребуется изготовить шунт из высокоомной проволоки подходящего сечения на сопротивление 0,1 Ом. Проведённые испытания показали, что даже при сигнале с токового шунта равным 0,1 вольт настроечными резисторами R1 и R3 можно легко установить показания тока в 10 А.

Печатная плата для данного устройства разрабатывалась под индикатор WH1602D. Но можно использовать любой подходящий индикатор, сотвественно перепаяв провода. Плата собрана таких же размеров как и жидкокристаллический индикатор и закреплена сзади. Микроконтроллер устанавливается на панельку и позволяет быстро поменять прошивку для перехода на другой ток зарядного устройства.

Перед первым включением подстроечные резисторы установить в среднее положение.

В качестве шунта для варианта прошивки на малые токи можно применить 2 параллельно соединенных резистора млт-2 1 Ом.

В приставке можно применить индикатор WH1602D , но придется поменять местами выводы 1 и 2. А вообще- лучше свериться с документацией на индикатор.

Индикаторы фирмы МЭЛТ не будут работать, из-за несовместимости работы по 4-х битному интерфейсу.

При желании, можно подключить подсветку индикатора через токоограничительный резистор 100 Ом

Эту приставку можно использовать для определения емкости заряженного аккумулятора.

Рис.6. Определение емкости заряженного аккумулятора

В качестве нагрузки можно использовать любую нагрузку (Лампочку, резистор. ), только при включении нужно выставить любую заведомо большую емкость аккумулятора и при этом следить за напряжением аккумулятора, чтобы не допускать глубокой разрядки.

(От автора) Приставка испытывалась с современным импульсным зарядным устройством для автомобильных аккумуляторов,
Данные устройства обеспечивают стабильное напряжение и ток с минимальными пульсациями.
При подсоединении же приставки к старому зарядному устройству (понижающий трансформатор и диодный выпрямитель) мне не удалось настроить показания зарядного тока из-за больших пульсаций.
Поэтому было решено изменить алгоритм измерения зарядного тока контроллером.
В новой редакции контроллер делает 255 измерений тока за 25 милисекунд (при 50Гц – период составляет 20 милисекунд). И из сделанных измерений выбирает самое большое значение.
Также происходит измерение входного напряжения, но выбирается наименьшее значение.
(При нулевом зарядном токе напряжение должно быть равно ЭДС аккумулятора.)
Однако при такой схеме перед стабилизатором 7805 необходимо поставить диод и сглаживающий конденсатор ( >200 мкФ )на напряжение не менее выходного напряжения зарядного
устройства. Плохо сглаженное напряжение питания микроконтроллера приводило к сбоям в работе.
Для точной установки показаний приставки рекомендуется использовать многооборотные подстроечные резисторы или ставить дополнительные резисторы последовательно с подстроечными (подобрать экспериментально).
В качестве шунта для приставки на 10 А я пробовал использовать кусок аллюминиевого провода сечением 1,5 мм длиной около 20 см -прекрасно работает.

Вольтметр, амперметр и измеритель ёмкости аккумуляторов на микроконтроллере

Ампервольтметр с измерением отобранной ёмкости от аккумулятора на Atmega8 и дисплее от Nokia 1202

Автор: SSMix
Опубликовано 17.09.2015
Создано при помощи КотоРед.

С приближением холодов резко возрастает число случаев отключения электроэнергии. Это происходит как по воле природы (обледенение линий электропередач и обрывы проводов) так и из-за человеческого фактора (веерные отключения по графику). Чтобы не сидеть часами без электроэнергии автором был приобретен импульсный преобразователь напряжения =12V в

220V мощностью 200 Вт. Подключив к нему 12-вольтовый свинцовый аккумулятор можно в любой момент запитать бытовую технику указанной мощности, вплоть до телевизора. Единственное неудобство при этом – необходимость постоянно как-то отслеживать степень заряда аккумулятора, иначе в самый неподходящий момент при понижении напряжения ниже 10 В преобразователь отключается. Замер напряжения аккумулятора, тока нагрузки и подсчет отобранной у аккумулятора ёмкости с сохранением в энергонезависимой памяти – задача как раз для микроконтроллера.
В Интернете было найдено нечто подобное на форуме https://radioskot.ru/ – Цифровой измеритель тока и напряжения (автор Бухарь). Идея данного проекта была переработана под собственную задачу, в результате чего получился вот такой приборчик:

Технические характеристики:
Измеряемое (питающее) напряжение, В……………………………. 3,50÷20,00
Измеряемый ток, А…………………………………………………. 0,00÷20,00
Измеряемая ёмкость, мАч………………………………. 0÷99999
Измеряемая температура внешним датчиком DS18B20, °C..…..-55,0 ÷ +128,0
Потребляемый ток (без подсветки), мА……………………………. 2,6
Частота замеров, Гц………………………………………………. ……4

Схема электрическая принципиальная:

Измеритель содержит стабилизатор напряжения питания +3В DA2 LP2951CM-3.0, микроконтроллер DD1 ATmega8A-AU, графический дисплей от Nokia 1202, делитель измеряемого входного напряжения R7, R8, шунт токовый R1 сопротивлением 1мОм из полоски манганина, усилитель токового канала DA1 AD8551ARZ с цепями смещения и обвязки, разъём X1 для подключения программатора, разъём X2 для подключения внешнего датчика температуры, кнопки управления SB1…SB3 а также цепи фильтрации и защиты по питанию.
Стабилизатор напряжения LP2951CM-3.0 – типа Low Dropout с допустимым входным напряжением до +30В, обеспечивает питанием +3В все цепи устройства.
Входное напряжение измеряется с помощью резистивного делителя :10 R7, R8 каналом ADC6 микроконтроллера. В качестве опорного напряжения использован его внутренний ИОН +2,56В. Резисторы использованы с допуском ±5% поскольку предусмотрена программная калибровка прибора, но для лучшей температурной стабильности всё же рекомендуются к применению резисторы с большей точностью.
Дискретность при измерении напряжения 10-ти разрядным АЦП микроконтроллера составляет 25мВ, но поскольку число замеров составляет 300, виртуальное разрешение АЦП возрастает до примерно 14 разрядов, а дискретность уменьшается примерно в 16 раз до 1,5мВ [1], чего вполне достаточно для отображения результата в формате ХХ.ХХ В.
Схема измерения потребляемого тока состоит из шунта R1, усилителя DA1 и канала ADC7 АЦП микроконтроллера. Первоначально была идея использовать готовый шунт от сгоревшего китайского мультиметра типа M830, в котором имеется диапазон 20А. Сопротивление манганинового проволочного шунта в таких мультиметрах составляет 0,01Ом. При токе 20А рассеиваемая мощность шунта составит: P=I²R=20²∙0,01=4Вт. При рекомендованных к измерению мультиметром 10А – 10²∙0,01=1Вт.
Конечно, при кратковременных замерах тока до 10А мультиметром нагрев такого шунта будет незначительным, но при постоянном протекании тока величиной 20А (а это 10,5В∙20А=210Вт нагрузки) такой шунт явно не выдержит.
Поэтому был использован шунт сопротивлением в 10 раз меньше, т.е. 0,001 Ом. Рассеиваемая на таком шунте мощность при токе 20А составит уже приемлемые 20²∙0,001=0,4Вт. Шунт изготовлен из манганинового листа толщиной 1 мм. Размеры вырезанной полосы составляют 35х12мм с напаянными по краям медными накладками шириной 6 мм. Подобный шунт используется в некоторых типах электронных счетчиков электроэнергии.
Чтобы усилить падение напряжения на таком шунте (20А∙0,001 Ом=0,02В) до верхнего диапазона АЦП использован неинвертирующий усилитель на ОУ DA1 с коэффициентом усиления 111. В качестве ОУ был применён AD8551, имеющий, благодаря технологии Zero-Drift, довольно малое смещение нуля (Low Offset Voltage: 1 mV) и хорошую температурную стабильность (Input Offset Drift: 0.005 mV/°C) [2].
Для компенсации возможного первоначального смещения нуля конкретного экземпляра ОУ в отрицательную сторону служат резисторы R17, R18. Т.о. на входе ОУ создаётся небольшое положительное смещение, компенсируемое программным путём в процессе калибровки. Дискретность измеряемого тока АЦП микроконтроллера составляет 22,5мА. С учетом 300 замеров и виртуального разрешения АЦП около 14 разрядов реальная дискретность уменьшается примерно в 16 раз до

Читайте также:  Схема цифрового вольтметра и амперметра

1,4 мА. Конденсатор C1 в цепи ООС ОУ DA1 реально был убран с платы для лучшего “зашумления” входного сигнала АЦП и уменьшения дискретности [1].
Для подсчёта отобранной от аккумулятора ёмкости временные интервалы для микроконтроллера формируются часовым кварцем ZQ1 и таймером-счетчиком 2, работающим в асинхронном режиме.
Кнопки SB1…SB3 подключены к линиям микроконтроллера через ограничительные резисторы R9…R11. В момент нажатия кнопок формируется импульс тока смачивания (10мс) для автоматической зачистки контактов кнопок, величина которого ограничивается данными резисторами в районе 6мА. Т.о. удаляется тонкая пленка окислов с контактов, образующаяся с течением времени.
Измеритель выполнен на печатной плате размерами 50х34х1,5мм из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Плата разрабатывалась специально под стандартный пластиковый корпус 57х37,5х18,5 мм, применяемый для телевизионных антенных фильтров и сумматоров ДМВ+МВ, разделителей и т.п.
Вид со стороны дисплея в корпусе:

Вид со стороны печатных проводников:

Плата фиксируется в корпусе на разъёме X2 и клеммниках X3, X4, под которые в боковых стенках сделаны пазы.

C1 = 0* (0805)
C2, C3 = 0,01 (0805)
C4 = 10,0х25В (Танталовый, корпус А)
C5 = 0,47×50В (0805)
C6 = 4,7uF (0805 6,3В)
C7, C8 = 24pF (0805)
C9 = 0,47 (0805)
C10 = 47,0х6,3В (Танталовый, корпус А)
C11 = 0,47 (0805)
C12 = 1,0 (0603)
C13 = 4,7uFх6V (0603)
C14 = 0,47 (0603)

DA = DS18B20 (TO-92 (PR35))
DA1 = AD8551ARZ (SO-8)
DA2 = LP2951CM-3.0 (SO-8)

DD1 = ATmega8A-AU (TQFP-32)

H1 = STE2007 (Nokia 1202_1203_1280)

SB1-SB3 = Кнопка тактовая 6х6х6,5мм

VD1 = MBR0540 (SOD-123)
VD2 = BZV55-C33V (SOD-80)
VD3 = MBR0540 (SOD-123)

X1 = WSR-6 (Вилка на плату угловая, шаг 2мм)
X2 = WKR-3 (Шаг 2,54 мм)
X3, X4 = DG301R-5.0 (Клеммник)

ZQ1 = Кварц часовой Ø3мм, 32768 Гц

Перемычки 1206 – 5 шт.

Дисплей монтируется в последнюю очередь – крепится к плате при помощи нескольких кусочков толстого (3 мм) двухстороннего пористого скотча. Шлейф аккуратно изгибается под 180° и припаивается к печатным дорожкам на плате паяльником с узким жалом.
После сборки и проверки монтажа необходимо запрограммировать микроконтроллер. Фьюзы (PonyProg):

После подачи питания на дисплей выведется текущая информация (напряжение, ток, сопротивление нагрузки, мощность, рассеиваемая нагрузкой, температура внешнего датчика DS18B20 (для контроля температурного режима преобразователя) и отобранная от аккумулятора ёмкость:

При отсутствии внешнего датчика температуры вместо ХХ.Х°С будет выводиться надпись “TERM OFF”:

При нажатии кнопки “▲” текущее значений ёмкости будет сохранено в энергонезависимой памяти с подтверждением в виде всплывающего сообщения:

При нажатии кнопки “МЕНЮ” на экране появляется меню настроек:

Перемещение по меню осуществляется кнопками “▲” и “▼” (при этом перемещается курсор ►слева пунктов).
Вход/выход из пункта меню настроек осуществляется кнопкой “МЕНЮ”. Активный пункт выводится с инверсией.
Первый пункт “Сохр. мАч” предназначен для включения функции автоматического сохранения текущей измеренной ёмкости при выключении питания.

Следующий пункт включает/выключает подсветку.
Пункт “Калиб.U” предназначен для калибровки канала измерения напряжения во внешнему эталонному вольтметру. Для более точной калибровки измеряемое напряжение выводится с дискретностью 1мВ.
Пункты “Калиб.I” и “Смещ.I” предназначены для калибровки токового канала. Сначала необходимо в отсутствие нагрузки выставить смещение нуля в соответствующем пункте так, чтобы получить нулевые показания тока. Вернее, в пункте “Калиб.I” показания тока должны немного выйти в положительную область и быть в диапазоне (0.000÷0.001)А, т.к. отрицательное значение АЦП не измеряет. Для более точной калибровки измеряемый ток выводится с дискретностью 1мА. В пункте “Смещ.I” отображается заданное смещение тока и знак. При затруднении с регулировкой смещения тока следует уменьшить сопротивление резистора R18. После регулировки смещения нуля токового канала следует подключить последовательно с нагрузкой образцовый амперметр и в пункте “Калиб.I” выставить точное значение потребляемого тока.
Пункт меню “Выход” предназначен для перехода в обычный режим измерения (кнопкой “▲” или “▼”).
В нижней строке меню настроек отображается сохранённое значение измеренной ёмкости.
Обнулить измеренную ёмкость можно кнопкой “▼” в обычном режиме измерения:

Литература:
1) AVR121. Enhancing ADC resolution by oversampling
2) AD8551/AD8552/AD8554 Datasheet

Схема. Измеритель емкости аккумуляторов на микроконтроллере

Автор: Radioelectronika-Ru · Опубликовано 03.07.2017 · Обновлено 19.03.2018

Разработанное автором устройство предназначено для измерения в автоматическом режиме емкости большинства типов аккумуляторов от малогабаритных до автомобильных батарей.

Принцип измерения основан на разрядке аккумулятора стабильным током с автоматическим подсчетом времени разрядки и дальнейшим перемножением этих величин, результат получается в привычной размерности ампер-часах (А-ч). Схема устройства показана на рис. 1, его основой является микроконтроллер DD1, работающий по программе, коды которой приведены в табл. 1. Для повышения точности отсчета временных интервалов частота тактового генератора микроконтроллера DD1 стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1.

Стабилизированный ток разрядки формируется источником тока, управляемым напряжением (ИТУН), собранным на ОУ DA2, полевом транзисторе VT1 и резисторе R3, выполняющем функцию датчика тока. Максимальное значение тока — 2,55 А, минимальное — О, требуемое значение в этих пределах устанавливают нажатиями на кнопки SB2, SB3. При кратковременном нажатии дискретность изменения составляет 30 мА, при длительном — 0,15 А.

Контроль напряжения аккумулятора осуществляет микроконтроллер DD1 с помощью встроенного АЦП, для этого линия порта РС5 (вывод 28) программно сконфигурирована как вход АЦП. На выходе AREF (вывод 21) присутствует образцовое напряжение 2,56 В, которое фильтрует конденсатор С8. Питание аналоговой части микроконтроллера DD1 осуществляется через фильтр L1C11. Питается измеритель от внешнего источника постоянного тока напряжением 6…12 В с максимальным выходным током не менее 0,1 А.
Интервалы отсчета времени (1 с) формируются по переполнениям таймера/счетчика 1 микроконтроллера DD1 и сопровождаются вспышками светодиода HL1 с частотой 0,5 Гц. Интервалы времени в шесть минут формируются подсчетом переполнений этого таймера/ счетчика. Обновление значений емкости аккумулятора происходит через каждые шесть минут, т. е. десять раз в час.

Читайте также:  Измеритель емкости конденсаторов своими руками – схема

На девятиразрядном светодиодном индикаторе HG2 в младших его разрядах (крайние левые с 1-го по 5-й) индицируется значение емкости в ампер-часах в формате XX. XXX. Дискретность в этом случае составляет t-Al = 0,003 А-ч, где t — интервал отсчета времени (0,1 ч); AI -минимальная дискретность установки тока ИТУН (0,03 А). Шестой разряд этого индикатора постоянно погашен, поскольку он служит разделительным. В старших разрядах (с 9-го по 7-й) индицируется напряжение, до которого будет разряжен аккумулятор. Его устанавливают в интервале от 1 до 25,5 В нажатием на кнопки SB4, SB5. При кратковременном нажатии — с шагом 0,1 В, при длительном — 1 В. При нажатии на кнопку SB1 индицируется текущее напряжение аккумулятора. Не значащие нули десятков вольт и ампер-часов (разряды 9-й и 5-й соответственно) гасятся программно.

На трехразрядном индикаторе HG1 отображается значение тока разрядки в формате Х.ХХ. Напряжение управления, поступающее на вход ИТУН, формируется с помощью интегрирующей цепи R2R8C4 из выходного ШИ сигнала таймера/счетчика 2 микроконтроллера DD1. Коэффициент заполнения ШИ сигнала может принимать 256 значений в интервале от минимального (импульс практически отсутствует) до максимального (пауза практически отсутствует). Минимальное значение тока ИТУН (при нулевом значении регистра сравнения таймера/счетчика 2) — не более 2,5 мА.

После установки тока разрядки и минимального напряжения, до которого следует разрядить аккумулятор, его подключают к устройству. Если напряжение больше или равно минимальному, светодиод HL1 мигает и таймер/ счетчик 1 отсчитывает шестиминутный интервал, по окончании на индикатор HG2 выводится новое значение емкости аккумулятора. Максимальное время измерения составляет 255-6 = 1530 мин, или 25 ч 30 мин, т. е. чуть больше суток, а максимальная измеряемая емкость — 65,535 А-ч, что позволяет тестировать и некоторые стартерные батареи легковых автомобилей. При разрядке аккумулятора до напряжения ниже минимального запрещаются прерывания от таймера/счетчика 1, прекращается отсчет шестиминутных интервалов, показания емкости фиксируются и отображаются в младших разрядах индикатора HG2. Сигналом окончания процесса измерения емкости является постоянное свечение светодиода HL1.

Все детали устройства, кроме кнопок, индикаторов и транзистора, размещены на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Постоянный резистор R3 — С5-16МВ, остальные — МЛТ, С2-23, оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, конденсаторы С2, С5, С6, С8 -керамические для поверхностного монтажа типоразмера 0805, остальные -KM, K10-17, светодиод — любой красного цвета свечения (не мигающий), обеспечивающий достаточную яркость свечения при токе 5 мА. Дроссель L1 — импортный (ЕС24), он припаян со стороны печатных проводников. Плюсовой выход устройства соединяют (припаивают) с фланцем транзистора VT1. Микроконтроллер установлен в панель, проволочную перемычку, расположенную под ним, монтируют до установки панели. Транзистор VT1 необходимо установить на теплоотвод с площадью не менее 600 см2.

Микроконтроллер был запрограммирован с помощью программы РоnуРrоg, биты конфигурации показаны на рис. 3. В устройстве можно применить кварцевый резонатор на частоту 10,24 МГц. В этом случае необходимо изменить значения констант в исходном тексте программы в соответствии с табл. 2 и вновь его оттранслировать.

Налаживание правильно собранного из исправных деталей устройства заключается в его калибровке с помощью образцовых вольтметра и амперметра. После включения устройства при нулевых показаниях индикатора HG1 параллельно конденсатору СЗ подключают образцовый вольтметр и подают на него напряжение (около 10 В) от стабилизированного источника питания . Подборкой резистора R4 при нажатой кнопке SB1 сравнивают показания в старших разрядах индикатора HG2 и образцового вольтметра. Затем последовательно с источником питания включают образцовый амперметр, устанавливают ток разрядки около 1 А и подборкой резистора R8 сравнивают показания индикатора HG1 и образцового амперметра.

Прилагаемые файлы: 13_30_45__14_05_2010.zip

М. ОЗОЛИН, с. Красный Яр Томской обл.
“Радио” №3 2009г.

Измеритель ёмкости аккумуляторных батарей

Это устройство предназначено для измерения ёмкости аккумуляторов и их батарей напряжением в заряжен­ном состоянии 1…25 В при разрядном токе 0,1… 10 А. Оно отличается от раз­работанных автором ранее [1,2] более точным измерением ёмкости за счёт того, что в процессе разрядки контро­лируется и учитывается текущее значе­ние разрядного тока. Измеряемая ём­кость может находиться в пределах от 0,001 до 65,536 А·ч.

Схема измерителя показана на рисунке. К нему подключают заряжен­ный аккумулятор (батарею), ёмкость ко­торого предстоит определить. Напряжение и разрядный ток аккумулятора измеряет АЦП микроконтроллера DD1. Значения этих величин отображаются в разрядах 8—10 (крайних правых) ЖКИ HG1 и сопровождаются буквами U для напряжения или I для тока в разряде 7 индикатора. Переключение отображае­мой величины выполняют нажатием и удержанием кнопки SB1.

Схема измерителя ёмкости аккумуляторных батарей

Процесс измерения ёмкости аккуму­лятора запускают нажатием на кнопку SB2 длительностью не менее 0,5 с. Если в этот момент напряжение аккумулято­ра больше 0,8 В, программа микроконт­роллера устанавливает на его выводе 11 (РА7) высокий логический уровень напряжения. Это открывает ключ на полевом транзисторе VT1, подключаю­щий к проверяемому аккумулятору на­грузочный резистор R1. Резистор R6 — датчик разрядного тока.

При начальном напряжении аккумуля­тора менее 0,8 В на выводе РА7 будет установлен низкий логический уровень и транзистор VT1 не откроется. Сигнализи­руя об этом, светодиод HL1 станет ми­гать с частотой 2 Гц. В разрядах 7—10 ин­дикатора будет выведена надпись «Еrr2».

В случае, если напряжение более 0,8 В, но измеренный ток разрядки пре­вышает 10 А, транзистор VT1 будет закрыт.

Светодиод начнёт мигать с частотой 8 Гц, а на индикаторе появится надпись «Еrr1». Как при слишком низком напряжении аккумулятора, так и при слишком боль­шом разрядном токе измерение ёмкости аккумулятора выполняться не станет.

О нормально идущем процессе из­мерения ёмкости свидетельствует ми­гание светодиода HL1 с частотой 0,5 Гц. При этом текущее количество электриче­ства, отданное аккумулятором в нагрузку, отображается в разрядах 1—5 индика­тора (крайних левых) в ампер-часах с тремя десятичными знаками после за­пятой. Незначащий ноль в разряде десят­ков ампер-часов программно гасится.

Сигналом завершения процесса из­мерения служит непрерывное свечение светодиода. По его окончании транзис­тор VT1 закрывается, а выведенное на индикатор отданное аккумулятором ко­личество электричества (его ёмкость) со­хранится на нём до выключения питания.

Алгоритм измерения следующий. При нажатии на кнопку SB2 к аккумуля­тору подключается нагрузка, измеряет­ся напряжение на ней, вычисляется напряжение, до которого нужно разря­дить аккумулятор (оно меньше началь­ного на 25 %), и измеряется ток разряд­ки по падению напряжения на резисторе R6. Если ток не превышает 10 А, то каж­дые 36 с (0,01 часа) выведенное на ин­дикатор значение отданного количества электричества увеличивается на 1/100 текущего значения разрядного тока.

Разрядный ток зависит от сопротив­ления нагрузочного резистора R1. Но­минал и мощность этого резистора выбирают в зависимости от типа прове­ряемого аккумулятора или их батареи. Для плавной регулировки тока здесь можно применить реостат. Максималь­ное падение напряжения на датчике тока не превышает 100 мВ.

Налаживание устройства сводится к калибровке его измерителей тока и напряжения по образцовым приборам. Сначала подборкой резистора R2 уста­навливают на индикаторе HG1 значе­ние, равное показанию образцового вольтметра. Затем, замкнув контакты кнопки SB1, подборкой резистора R6 устанавливают измеренное значение тока по образцовому амперметру.

Программа микроконтроллера напи­сана на языке ассемблера в среде раз­работки AVR Studio 4.19. Младший байт конфигурации микроконтроллера дол­жен быть запрограммирован равным 0хЕЕ, старший байт — 0x17.

Скачать архив к проекту (прошивка, исходник).

ЛИТЕРАТУРА

  1. Озолин М. Измеритель ёмкости акку­муляторов на микроконтроллере. — Радио, 2009, №3, с. 28,29.
  2. Озолин М. Цифровой измеритель ём­кости и внутреннего сопротивления аккуму­лятора. — Радио, 2012, № 3, с. 20.

Автор: М. ОЗОЛИН, с. Красный Яр Томской обл.
Источник: Радио №7, 2015

Ссылка на основную публикацию