- Potrebne komponente
- LM324 Quad OPAMP IC
- Shema vezja za indikator stanja baterije 12V
- Izdelava in testiranje 12V indikatorja napolnjenosti baterije
V sodobnem svetu uporabljamo baterije v skoraj vseh elektronskih pripomočkih, od vašega ročnega mobilnega telefona, digitalnega termometra, pametne ure do električnih vozil, letal, satelitov in celo robotskih roverjev, ki se uporabljajo na Marsu, katerih baterija je trajala približno 700 solz (Marsovski dnevi). Brez izuma teh elektrokemijskih naprav za shranjevanje aka Baterije lahko varno rečemo, da svet, kakršnega vemo, ne bi obstajal. Obstaja veliko različnih vrst baterij, kot so svinčeve kisline, Ni-Cd, litij-ionske itd. S prihodom tehnologije vidimo nove izumljene baterije, kot so Li-air baterije, polprevodniške litijeve baterije itd., Ki imajo večje zmogljivost shranjevanja energije in visoko delovno temperaturno območje. O akumulatorjih in njihovem delovanju smo že govorili v naših prejšnjih člankih. V tem članku se bomo naučili, kako oblikovati preprosto12V indikator napolnjenosti baterije z optičnim ojačevalnikom.
Čeprav je raven akumulatorja dvoumen izraz, ker dejansko ne moremo izmeriti napolnjenosti baterije, če ne uporabljamo zapletenih izračunov in meritev s sistemom za upravljanje akumulatorja. Toda v preprostih aplikacijah nimamo razkošja te metode, zato običajno uporabimo preprosto metodo ocenjevanja nivoja akumulatorja na osnovi odprtega kroga, ki zelo dobro deluje pri svinčevih 12V baterijah, saj je njihova krivulja praznjenja skoraj linearna od 13,8V do 10,1V., ki se običajno štejejo za zgornjo in spodnjo skrajno mejo. Prej smo zgradili tudi indikator stanja baterije na osnovi Arduina in vezje za spremljanje napetosti več celic, če jih želite, jih lahko tudi preverite.
V tem projektu bomo s pomočjo štirikolesnega primerjalnika IC LM324 na osnovi OPAMP- a zasnovali in izdelali indikator nivoja baterije 12 V, ki nam omogoča uporabo 4 primerjalnikov na osnovi OPAMP-a na enem čipu. Z uporabo LM324 IC bomo izmerili napetost akumulatorja in jo primerjali z vnaprej določeno napetostjo in poganjali LED, da prikažemo izhod, ki ga dobimo. Skočimo naravnost vanj, naj?
Potrebne komponente
- LM324 Quad OPAMP IC
- 4 × LED luči (rdeča)
- 1 × 2,5 kΩ upor
- 5 × 1kΩ upor
- 1 × 1,6kΩ upor
- 4 × 0,5 kΩ upor
- 14 držalo IC IC
- Vijačni priključek PCB
- Perfboard
- Komplet za spajkanje
LM324 Quad OPAMP IC
LM324 je Quad op-amp IC, integriran s štirimi op-ojačevalniki, ki jih napaja skupno napajanje. Območje diferenčne vhodne napetosti je lahko enako območju napetosti napajanja. Privzeta vhodna odmična napetost je zelo nizka in ima velikost 2mV. Delovna temperatura se giblje od 0˚C do 70˚C pri okolju, medtem ko je najvišja temperatura spoja lahko do 150˚C. Na splošno lahko op-ojačevalniki izvajajo matematične operacije in se lahko uporabljajo v različnih konfiguracijah, kot so ojačevalnik, sledilnik napetosti, primerjalnik itd. Z uporabo štirih OPAMP-jev v enem samem IC boste prihranili prostor in zapletenost vezja. Napaja se lahko z enim samim napajalnikom v širokem napetostnem območju od -3V do 32V, kar je več kot dovolj za testiranje do 24V stanja akumulatorja na tem vezju.
Shema vezja za indikator stanja baterije 12V
Celotno vezje, uporabljeno v indikatorju baterije 12 V, najdete spodaj. Za ponazoritev na spodnji sliki sem uporabil 9V baterijo, vendar jo predpostavim kot 12V baterijo.
Če vam niso všeč grafična vezja, si oglejte spodnjo sliko za sheme. Tu sta Vcc in Ground terminala, ki ju je treba priključiti na pozitivno oziroma negativno 12V baterijo.
Zdaj pa nadaljujmo z razumevanjem delovanja vezja. Zaradi poenostavitve lahko vezje razdelimo na 2 različna dela.
Oddelek za referenčne napetosti:
Najprej se moramo odločiti, katere napetostne ravni želimo izmeriti v vezju, in temu primerno lahko oblikujete uporniško vezje na osnovi upora. V tem vezju je D2 referenčna Zener dioda, ki je ocenjena na 5.1V 5W, zato bo preko nje regulirala izhod na 5.1V. Preko njega je zaporedno povezanih 4 1k odpornosti, tako da bo približno 1,25 V padec na vsakem uporu, ki ga bomo uporabili za primerjavo z napetostjo akumulatorja. Referenčne napetosti za primerjavo so približno 5,1 V, 3,75 V, 2,5 V in 1,25 V.
Obstaja tudi drugo vezje delilnika napetosti, ki ga bomo uporabili za primerjavo napetosti akumulatorja z napetostmi, ki jih daje napetostni delilnik, povezan prek Zenerja. Ta delilnik napetosti je pomemben, saj boste s konfiguracijo njegove vrednosti določili napetostne točke, preko katerih želite prižgati ustrezne LED. V tem vezju smo zaporedoma izbrali 1,6k upor in 1,0k upor, da zagotovimo delitveni faktor 2,6.
Torej, če je zgornja meja akumulatorja 13,8 V, bo ustrezna napetost, ki jo daje delilnik potencialov, 13,8 / 2,6 = 5,3 V, kar je več kot 5,1 V glede na prvo referenčno napetost Zenerjeve diode, zato bodo vse LED diode zasveti, če je napetost akumulatorja 12,5V, torej niti popolnoma napolnjena niti popolnoma prazna, bo ustrezna napetost 12,5 / 2,6 = 4,8V, kar pomeni, da je manjša od 5,1V, vendar večja od ostalih treh referenčnih napetosti, tako da bodo tri LED zasveti in eden ne bo. Tako lahko na ta način določimo napetostna območja za osvetlitev posamezne LED.
Primerjalnik in odsek LED:
V tem delu vezja samo vozimo različne LED za različne ravni napetosti. Ker je IC LM324 primerjalnik, ki temelji na OPAMP, je torej izhod OPAMP povsod, kjer je neinvertirni terminal določenega OPAMP-ja večji od invertirnega terminala, potegnjen visoko na približno raven napetosti VCC, kar je v našem primeru napetost akumulatorja. Tu LED ne bo zasvetil, ker sta napetosti na anodi in katodi LED enaki, tako da tok ne bi tekel. Če je napetost obrnjenega terminala višja od napetosti neinvertirajočega terminala, se bo izhod OPAMP-a potegnil navzdol do nivoja GND, zato bo LED zasvetila, ker ima potencialno razliko med terminali.
V našem vezju smo neinvertirajoči terminal vsakega OPAMP-a priključili na upor 1kΩ potencialnega delilnega vezja, priključenega preko akumulatorja, in obrnjeni terminali pa so povezani z različnimi napetostnimi nivoji od potencialnega delilnika, priključenega preko Zenerja. Torej, kadar je razporejena napetost akumulatorja nižja od ustrezne referenčne napetosti tega OPAMP-a, se izhod potegne visoko in LED ne zasveti, kot smo že pojasnili.
Izzivi in izboljšave:
To je precej surov in osnovni način približevanja napetosti akumulatorja, ki ga lahko dodatno prilagodite tako, da odčitate obseg napetosti po vaši izbiri, tako da dodate dodaten upor v seriji z potencialnim delilnikom, priključenim na 5.1V Zener diodo, na ta način lahko dosežete večjo natančnost pri manjšem območju, tako da lahko ugotovite več ravni napetosti v manjšem obsegu za resnične aplikacije, kot je za svinčeno akumulator.
Prav tako lahko povežete različne barvne LED-diode za različne napetostne ravni in če želite stolpčni graf. V tem vezju sem uporabil samo en LM324, da je bilo enostavno, lahko uporabite n števila primerjalnih integriranih vezij in z n uporov, v seriji z referenčno napetostjo Zener diode, lahko imate toliko referenčnih napetosti za primerjavo, kot želite kar bo še povečalo natančnost vašega kazalnika.
Izdelava in testiranje 12V indikatorja napolnjenosti baterije
Ko smo končali z oblikovanjem vezja, ga moramo izdelati na plošči za perf. Če želite, ga lahko najprej preizkusite tudi na plošči, da vidite, kako deluje, in odpravite napake, ki jih lahko vidite v vezju. Če želite prihraniti težave s spajkanjem vseh komponent, lahko na PC-jih AutoCAD Eagle, EasyEDA ali Proteus ARES ali katero koli drugo programsko opremo za načrtovanje PCB-jev oblikujete svojo PCB.
Ker lahko LM324 deluje na široko paleto napajalnikov od -3V do 32V, vam ni treba skrbeti, da zagotovite ločeno napajanje LM324 IC, zato smo uporabili le en par vijačnih sponk PCB, ki bodo neposredno priključen na sponke akumulatorja in napaja celotno tiskano vezje. S tem vezjem lahko preverite napetost od najmanj 5,5 V do največ 15 V. Močno vam priporočam, da v delilnik potenciala preko Zenerja dodate zaporedoma še en upor in zmanjšate napetostno območje vsake LED.
Če želite povečati območje preizkusa napetosti z 12 V na 24 V, saj lahko LM324 testira do 24 V akumulatorja, morate le spremeniti faktor delitve napetosti delilnika napetosti, ki je priključen na baterijo, da bodo primerljivi z napetostjo z Zenerjevim referenčnim vezjem in tudi podvojite upore, povezane z LED-ji, da ga zaščitite pred velikim tokom toka skozi njih.
Popolno delovanje te vadnice najdete tudi v spodnjem videoposnetku. Upam, da vam je bila vadnica všeč in ste se naučili kaj koristnega, če imate kakršna koli vprašanja, jih pustite v oddelku za komentarje ali pa uporabite naša forum za druga tehnična vprašanja.