Прост индикатор за нивото на батерията, използващ оп

В съвременния свят използваме батерии в почти всяка електронна джаджа от вашия ръчен мобилен телефон, цифров термометър, интелигентен часовник до електрически превозни средства, самолети, сателити и дори роботизирани роувъри, използвани на Марс, чиято батерия издържа около 700 сола (марсиански дни). Безопасно е да се каже, че без изобретяването на тези електрохимични устройства за съхранение, известни още като Батерии, светът, какъвто го знаем, няма да съществува. Има много различни видове батерии като оловно-киселинни, Ni-Cd, литиево-йонни и др. С появата на технологиите виждаме нови батерии, изобретени като Li-air батерии, твърдотелни литиеви батерии и др., Които имат по-висока капацитет за съхранение на енергия и висок работен температурен диапазон. Вече обсъдихме повече за батериите и как те работят в предишните ни статии. В тази статия ще научим как да проектираме просто12V индикатор за нивото на зареждане на батерията с помощта на Op-Amp.

Въпреки че нивото на батерията е двусмислен термин, защото наистина не можем да измерим заряда, останал в батерията, освен ако не използваме сложни изчисления и измервания, използвайки система за управление на батерията. Но в прости приложения ние не разполагаме с лукса на този метод, така че обикновено използваме прост метод за оценка на нивото на батерията на базата на отворена верига, който работи наистина добре за оловни 12V батерии, тъй като тяхната крива на разреждане е почти линейна от 13.8V до 10.1V, които обикновено се считат за неговите горни и долни крайни граници. Преди това ние също така изградихме базиран на Arduino индикатор за нивото на батерията и схема за наблюдение на множество клетъчни напрежения, можете също да ги проверите, ако се интересувате.

В този проект ще проектираме и изградим 12V индикатор за нивото на батерията с помощта на четириядрен компаратор, базиран на OPAMP IC LM324, който ни позволява да използваме 4 OPAMP базирани компаратора на един чип. Ще измерим напрежението на батерията и ще го сравним с предварително зададеното напрежение, използвайки LM324 IC и ще задвижваме светодиодите, за да покажем изхода, който получаваме. Нека скочим направо в него, ще го направим ли?

Необходими компоненти

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4 × LED светлини (червени)
• 1 × 2.5kΩ резистор
• 5 × 1kΩ резистор
• 1 × 1.6kΩ резистор
• 4 × 0.5kΩ резистор
• 14-пинов държач за IC
• Винтова клема за печатни платки
• Перфборд
• Комплект за запояване

LM324 Quad OPAMP IC

LM324 е интегрална интегрална интегрална схема с четири операционни усилвателя, захранвана от общо захранване. Диференциалният диапазон на входното напрежение може да бъде равен на този на захранващото напрежение. По подразбиране входното компенсирано напрежение е много ниско, което е с магнитуд 2mV. Работната температура варира от 0˚C до 70˚C при околната среда, докато максималната температура на свързване може да бъде до 150˚C. По принцип операционните усилватели могат да извършват математически операции и могат да се използват в различни конфигурации като усилвател, последовател на напрежение, компаратор и др. Така че, използвайки четири OPAMP в една интегрална схема, ще спестите място и сложност на веригата. Може да се захранва от едно захранване в широк диапазон на напрежение от -3V до 32V, което е повече от достатъчно за тестване на нивото на батерията до 24V на тази верига.

Електрическа схема за 12V индикатор за нивото на батерията

Пълната схема, използвана в индикатора на батерията 12V, може да бъде намерена по-долу. Използвал съм 9V батерия за илюстрация на изображението по-долу, но я приемам като 12V батерия.

Ако не харесвате графичните схеми, можете да проверите изображението по-долу за схемите. Тук Vcc и Ground са клемите, които трябва да бъдат свързани към 12V батерия положително и отрицателно съответно.

Сега да продължим с разбирането на работата на веригата. За по-голяма простота можем да разделим веригата на 2 различни части.

Раздел за еталонни напрежения:

Първо, трябва да решим кои нива на напрежение искаме да измерваме във веригата и можете да проектирате съответно вашата резисторна верига на потенциалния разделител. В тази схема D2 е референтен ценерови диод, който е с мощност 5.1V 5W, така че ще регулира изхода до 5.1V през него. Има 4 1k Resistance свързан през него в серия до GND така около 1.25V спад ще има през всеки резистор, който ще се използва за да се направи сравнение с напрежението на акумулатора. Референтните напрежения за сравнение са приблизително 5.1V, 3.75V, 2.5V и 1.25V.

Също така има и друга верига на делителя на напрежението, която ще използваме, за да сравним напреженията на батерията с напреженията, дадени от делителя на напрежението, свързан през Zener. Този делител на напрежението е важен, защото като конфигурирате стойността му, вие ще решите точките на напрежение, над които искате да светнат съответните светодиоди. В тази схема избрахме последователно 1.6k резистор и 1.0k резистор, за да осигурим коефициент на разделяне от 2.6.

Така че, ако горната граница на батерията е 13.8V, тогава съответното напрежение, дадено от потенциалния делител, ще бъде 13.8 / 2.6 = 5.3V, което е повече от 5.1V, дадено от първото референтно напрежение от ценеровия диод, следователно всички светодиоди ще бъдат свети, ако напрежението на батерията е 12.5V, т.е. нито напълно заредено, нито напълно разредено, тогава съответното напрежение ще бъде 12.5 / 2.6 = 4.8V, което означава, че е по-малко от 5.1V, но по-голямо от останалите три еталонни напрежения, така че три светодиода ще светва и човек няма. По този начин можем да определим диапазоните на напрежението за осветяване на отделен светодиод.

Компаратор и LED секция:

В тази част от веригата ние просто задвижваме различните светодиоди за различни нива на напрежение. Тъй като IC LM324 е OPAMP базиран компаратор, така че когато неинвертиращият терминал на даден OPAMP е с по-голям потенциал от инвертиращия терминал, изходът на OPAMP ще бъде изтеглен високо до приблизително нивото на напрежение VCC, което е напрежението на батерията в нашия случай. Тук светодиодът няма да светне, тъй като напреженията както на анода, така и на катода на светодиода са равни, така че няма да тече ток. Ако напрежението на инвертиращия терминал е по-високо от неинвертиращия терминал, тогава изходът на OPAMP ще бъде изтеглен до нивото на GND, поради което светодиодът ще светне, тъй като има потенциална разлика в своите терминали.

В нашата верига сме свързали неинвертиращия терминал на всеки OPAMP към резистора 1kΩ на веригата на потенциалния делител, свързан през батерията, а инвертиращите терминали са свързани към различните нива на напрежение от потенциалния делител, свързан през Zener. Така че, когато разпределеното напрежение на батерията е по-ниско от съответното референтно напрежение на този OPAMP, изходът ще бъде издърпан високо и светодиодът няма да светне, както е обяснено по-рано.

Предизвикателства и подобрения:

Това е доста груб и основен метод за приближаване на напрежението на батерията и можете допълнително да го модифицирате, за да отчете диапазон на напрежението по ваш избор, като добавите допълнителен резистор последователно с потенциалния разделител, свързан през диода на Zener 5.1V по този начин можете да получите по-голяма точност при по-малък обхват, така че да можете да идентифицирате повече нива на напрежение в по-малък обхват за реални приложения, като например за оловна батерия.

Можете също така да свържете различни цветни светодиоди за различни нива на напрежение и ако искате стълбовидна диаграма. Използвал съм само един LM324 в тази схема, за да го направя опростен, можете да използвате n брой сравнителни схеми и с n резистори, последователно с референтното напрежение Zener диод, можете да имате толкова референтни напрежения за сравнение, колкото искате което допълнително ще увеличи точността на вашия индикатор.

Изграждане и тестване на нашия 12V индикатор за нивото на батерията

След като приключихме с проектирането на веригата, трябва да я изработим на перфектната платка. Ако искате, можете първо да го тествате на макет, за да видите как работи и да отстраните грешките, които може да видите във веригата. Ако искате да спестите неприятностите при запояване на всички компоненти заедно, можете също така да проектирате своя собствена печатна платка на AutoCAD Eagle, EasyEDA или Proteus ARES или друг софтуер за проектиране на печатни платки, който харесвате.

Тъй като LM324 може да работи с широк диапазон от захранвания, вариращи от -3V до 32V, не е нужно да се притеснявате да осигурите отделно захранване на LM324 IC, така че използвахме само една двойка винтови клеми на печатни платки, които ще бъдат директно свързан към клемите на батерията и захранва цялата платка. Можете да проверите за нива на напрежение от мин. 5,5 V до максимум 15 V, като използвате тази схема. Силно препоръчвам да добавите още един резистор последователно в потенциалния делител на ценеровия апарат и да намалите обхвата на напрежението на всеки светодиод.

Ако искате да увеличите обхвата на изпитване на напрежението от 12V на 24V, тъй като LM324 е в състояние да тества до 24V батерия, просто трябва да промените коефициента на разделяне на напрежението на делителя на напрежението, свързан през батерията, за да ги сравните с нивата на напрежение от референтната верига на Zener и също удвоете съпротивленията, свързани със светодиодите, за да го предпазите от високия ток през тях.

Пълната работа на този урок може да бъде намерена и във видеото, свързано по-долу. Надявам се, че ви е харесал урокът и сте научили нещо полезно, ако имате въпроси, оставете ги в раздела за коментари или можете да използвате нашите форуми за други технически въпроси.