Paprastas akumuliatoriaus lygio indikatorius naudojant op

Šiuolaikiniame pasaulyje baterijas naudojame beveik kiekvienoje elektroninėje programėlėje, pradedant jūsų rankiniu mobiliuoju telefonu, skaitmeniniu termometru, išmaniuoju laikrodžiu ir baigiant elektromobiliais, lėktuvais, palydovais ir netgi Marse naudojamais robotais „Rover“, kurių baterija veikė apie 700 padų (Marso dienomis). Galima sakyti, kad neišradus šių elektrocheminių kaupiklių, vadinamų „Baterijos“, pasaulyje, kaip žinome, jo nebūtų. Yra daugybė skirtingų tipų baterijų, tokių kaip švino rūgštis, Ni-Cd, ličio jonai ir kt. Atsiradus technologijoms, matome naujas baterijas, tokias kaip ličio oro baterijos, kietojo kūno ličio baterijos ir kt. energijos kaupimo talpa ir aukštos darbinės temperatūros diapazonas. Ankstesniuose straipsniuose jau aptarėme daugiau apie baterijas ir jų veikimą. Šiame straipsnyje mes sužinosime, kaip sukurti paprastą12 V akumuliatoriaus įkrovos lygio indikatorius naudojant „Op-Amp“.

Nors baterijos lygis yra dviprasmiškas terminas, nes mes negalime išmatuoti akumuliatoriuje likusio įkrovimo, nebent atliksime sudėtingus skaičiavimus ir matavimus naudodami akumuliatoriaus valdymo sistemą. Tačiau paprastose programose šis metodas nėra prabangus, todėl paprastai naudojame paprastą atviros grandinės įtampos akumuliatoriaus lygio įvertinimo metodą, kuris labai gerai veikia švino rūgšties 12 V baterijoms, nes jų iškrovimo kreivė yra beveik tiesinė nuo 13,8 V iki 10,1 V, kurios paprastai laikomos viršutinėmis ir apatinėmis kraštutinėmis ribomis. Anksčiau mes taip pat sukūrėme „Arduino“ pagrįstą akumuliatoriaus lygio indikatorių ir kelių elementų įtampos stebėjimo grandinę, taip pat galite juos patikrinti, jei jus domina.

Šiame projekte mes suprojektuosime ir sukursime 12 V akumuliatoriaus lygio indikatorių, naudodami keturkampį palyginamąjį OPAMP pagrindu veikiantį IC LM324, kuris leidžia mums naudoti 4 OPAMP pagrįstus lygintuvus vienoje mikroschemoje. Išmatuosime akumuliatoriaus įtampą ir palyginsime ją su iš anksto nustatyta įtampa naudodami „LM324 IC“ ir valdysime šviesos diodus, kad parodytume gautą išvestį. Šokime tiesiai į jį, ar ne?

Būtini komponentai

• „LM324 Quad OPAMP IC“
• 4 × LED žibintai (raudoni)
• 1 × 2,5kΩ rezistorius
• 5 × 1kΩ rezistorius
• 1 × 1.6kΩ rezistorius
• 4 × 0,5kΩ rezistorius
• 14 kontaktų IC laikiklis
• PCB varžtų terminalas
• Perfboard
• Litavimo rinkinys

„LM324 Quad OPAMP IC“

LM324 yra „Quad op-amp IC“, integruotas su keturiais opio stiprintuvais, maitinamais iš bendro maitinimo šaltinio. Diferencinis įėjimo įtampos diapazonas gali būti lygus maitinimo įtampos diapazonui. Numatytoji įvesties poslinkio įtampa yra labai maža, kuri yra 2 mV dydžio. Veikimo temperatūra aplinkos temperatūroje svyruoja nuo 0 ° C iki 70 ° C, o maksimali sankryžos temperatūra gali siekti iki 150 ° C. Paprastai op-amperai gali atlikti matematines operacijas ir gali būti naudojami įvairiose konfigūracijose, tokiose kaip stiprintuvas, įtampos sekėjas, palygintuvas ir kt. Taigi, naudodami keturis OPAMP viename IC, sutaupysite vietos ir grandinės sudėtingumą. Jį galima maitinti iš vieno maitinimo šaltinio plačiame įtampos diapazone nuo -3V iki 32V, o tai yra daugiau nei pakankamai, kad būtų galima išbandyti iki 24V akumuliatoriaus lygį šioje grandinėje.

12 V akumuliatoriaus lygio indikatoriaus schema

Visą grandinę, naudojamą 12 V akumuliatoriaus indikatoriuje, galite rasti žemiau. Žemiau esančiame paveikslėlyje iliustracijai naudojau 9 V akumuliatorių, bet manau, kad tai yra 12 V akumuliatorius.

Jei jums nepatinka grafinės grandinės, galite patikrinti toliau pateiktą schemų vaizdą. Čia „Vcc“ ir „Ground“ yra gnybtai, kurie turi būti atitinkamai prijungti prie 12 V akumuliatoriaus teigiamo ir neigiamo.

Dabar pradėkime suprasti grandinės veikimą. Paprastumo dėlei grandinę galime padalinti į 2 skirtingas dalis.

Etaloninės įtampos skyrius:

Pirmiausia turime nuspręsti, kuriuos įtampos lygius norime išmatuoti grandinėje, ir jūs galite atitinkamai suprojektuoti savo rezistoriumi pagrįstą potencialų skirstytuvo grandinę. Šioje grandinėje D2 yra etaloninis „Zener“ diodas, kurio reitingas yra 5,1 V 5 W, todėl jis reguliuos išėjimą iki 5,1 V. Yra 4 1k pasipriešinimas, nuosekliai sujungtas su GND, taigi maždaug 1,25 V kritimas bus visuose rezistoriuose, kuriuos naudosime palygindami akumuliatoriaus įtampą. Palyginimui naudojamos etaloninės įtampos yra maždaug 5,1 V, 3,75 V, 2,5 V ir 1,25 V.

Be to, yra dar viena įtampos daliklio grandinė, kurią naudosime, kad palygintume akumuliatoriaus įtampą su įtampa, kurią suteikia įtampos daliklis, sujungtas per „Zener“. Šis įtampos daliklis yra svarbus, nes sukonfigūravę jo vertę, jūs nuspręsite įtampos taškus, už kuriuos norite įjungti atitinkamus šviesos diodus. Šioje grandinėje mes pasirinkome nuosekliai 1,6 k varžą ir 1,0 k varžą, kad gautume dalijimosi koeficientą 2,6.

Taigi, jei viršutinė akumuliatoriaus riba yra 13,8 V, atitinkama potencialų daliklio įtampa bus 13,8 / 2,6 = 5,3 V, o tai yra daugiau nei 5,1 V, kurią suteikia pirmoji atskaitos įtampa iš „Zener“ diodo, taigi visi šviesos diodai bus dega, jei akumuliatoriaus įtampa yra 12,5 V, t. y. nėra visiškai įkrauta ir visiškai neišsikrovusi, atitinkama įtampa bus 12,5 / 2,6 = 4,8 V, o tai reiškia, kad ji yra mažesnė nei 5,1 V, bet didesnė nei kitos trys etaloninės įtampos, taigi trys šviesos diodai užsidegs, o vienas ne. Taigi tokiu būdu galime nustatyti įtampos diapazonus, skirtus apšviesti atskirą šviesos diodą.

Lyginamasis ir LED skyrius:

Šioje grandinės dalyje mes tiesiog vairuojame skirtingus šviesos diodus skirtingiems įtampos lygiams. Kadangi „IC LM324“ yra OPAMP pagrindu veikiantis palyginamasis elementas, todėl kai tik konkretaus OPAMP neinvertuojantis gnybtas yra didesnio potencialo nei invertuojantis gnybtas, OPAMP išvestis bus pakelta aukštai iki maždaug VCC įtampos lygio, kuris mūsų atveju yra akumuliatoriaus įtampa. Čia šviesos diodas nešvies, nes tiek anodo, tiek katodo įtampos yra vienodos, todėl srovė netekėtų. Jei invertuojančio gnybto įtampa yra didesnė nei neinvertuojančio gnybto, tada OPAMP išvestis bus nuleista iki GND lygio, taigi šviesos diodas užsidegs, nes jis turi potencialų skirtumą tarp savo gnybtų.

Savo grandinėje kiekvieno OPAMP neinvertuojantį gnybtą sujungėme su potencialo daliklio grandinės 1kΩ rezistoriumi, sujungtu per akumuliatorių, o inversijos gnybtai yra prijungti prie skirtingų įtampos lygių nuo potencialo daliklio, sujungto per „Zener“. Taigi, kai paskirstyta akumuliatoriaus įtampa yra mažesnė už atitinkamą to OPAMP etaloninę įtampą, išėjimas bus pakeltas aukštai ir šviesos diodas neužsidegs, kaip paaiškinta anksčiau.

Iššūkiai ir patobulinimai:

Tai yra gana neapdorotas akumuliatoriaus įtampos derinimo metodas, kurį galite toliau modifikuoti, kad nuskaitytumėte įtampos diapazoną pagal savo pasirinkimą, pridedant papildomą rezistorių nuosekliai su potencialų dalikliu, prijungtu per 5,1 V „Zener“ diodą, tokiu būdu galite gauti didesnį tikslumą mažesniame diapazone, kad galėtumėte nustatyti daugiau įtampos lygių mažesniame diapazone realioms programoms, pvz., švino rūgštinei baterijai.

Taip pat galite susieti skirtingų spalvų šviesos diodus skirtingiems įtampos lygiams ir, jei norite juostos diagramos. Šioje grandinėje aš naudojau tik vieną LM324, kad būtų paprasčiau. Galite naudoti n skaičių lyginamųjų IC ir su n rezistoriais nuosekliai su etaloninės įtampos „Zener“ diodu. Galite palyginti tiek etaloninių įtampų, kiek norite o tai dar labiau padidins jūsų rodiklio tikslumą.

Mūsų 12 V akumuliatoriaus lygio indikatoriaus sukūrimas ir testavimas

Dabar, kai baigiame projektuoti grandinę, turime ją pagaminti ant plokštės. Jei norite, taip pat galite pirmiausia jį išbandyti ant duonos lentos, kad pamatytumėte jos veikimą ir ištaisytumėte klaidas, kurias galite pamatyti grandinėje. Jei norite sutaupyti visų komponentų litavimo vargo, taip pat galite susikurti savo PCB „AutoCAD Eagle“, „EasyEDA“ arba „Proteus ARES“ ar bet kurioje kitoje jums patinkančioje PCB projektavimo programinėje įrangoje.

Kadangi „LM324“ gali dirbti su įvairiausiais maitinimo šaltiniais, nuo -3V iki 32V, jums nereikės jaudintis dėl to, kad LM324 IC tieksite atskirą maitinimo šaltinį, todėl mes naudojome tik vieną PCB varžtų terminalų porą, kuri bus tiesiogiai prijungtas prie akumuliatoriaus gnybtų ir maitina visą PCB. Naudodamiesi šia grandine, galite patikrinti įtampos lygį nuo Min 5,5 V iki maksimaliai 15 V. Aš primygtinai rekomenduoju nuosekliai pridėti kitą rezistorių į potencialų daliklį per „Zener“ ir sumažinti kiekvieno šviesos diodo įtampos diapazoną.

Jei norite padidinti įtampos testavimo diapazoną nuo 12 V iki 24 V, nes LM324 gali išbandyti iki 24 V akumuliatorių, jūs tiesiog turite pakeisti įtampos daliklio įtampos daliklio koeficientą, sujungtą visoje baterijoje, kad jie būtų palyginami su pateiktais įtampos lygiais taip pat padvigubinkite pasipriešinimus, sujungtus su šviesos diodais, kad apsaugotumėte juos nuo didelio srovės srauto per juos.

Visą šios mokymo programos veikimą taip pat galite rasti žemiau esančiame vaizdo įraše. Tikiuosi, kad jums patiko pamoka ir sužinojote ką nors naudingo, jei turite klausimų, palikite juos komentarų skyriuje arba galite naudoti mūsų forumus kitiems techniniams klausimams.