Tự kiểm tra dung lượng pin Arduino - V2.0: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Ngày nay, pin Lithium và NiMH giả tràn lan khắp nơi được quảng cáo với dung lượng cao hơn dung lượng thật. Vì vậy việc phân biệt pin thật và giả thực sự rất khó. Tương tự, rất khó để biết dung lượng được giữ lại trong pin máy tính xách tay 18650 được trục vớt. Vì vậy, cần phải có một thiết bị để đo dung lượng thực của pin.

Vào năm 2016, tôi đã viết một Tài liệu hướng dẫn về "Máy kiểm tra dung lượng Arduino - V1.0", một thiết bị rất đơn giản và dễ hiểu. Phiên bản trước đó dựa trên Định luật Ohms. Pin cần kiểm tra được xả qua một điện trở cố định, dòng điện và thời lượng được đo bằng Arduino và dung lượng được tính bằng cách nhân cả hai số đọc (Dòng xả và thời gian).

Hạn chế của phiên bản trước đó là trong quá trình thử nghiệm, khi điện áp pin giảm, dòng điện cũng giảm làm cho các phép tính phức tạp và không chính xác. Để khắc phục điều này, tôi đã chế tạo V2.0 được thiết kế theo cách mà dòng điện sẽ không đổi trong suốt quá trình phóng điện. Tôi đã tạo ra thiết bị này bằng cách lấy cảm hứng từ thiết kế ban đầu của MyVanitar

Các tính năng chính của Bộ kiểm tra công suất V2.0 là:

1. Có khả năng đo dung lượng của pin AA / AAA NiMh / NiCd, 18650 Li-ion, Li-Polymer và Li FePO4. Nó phù hợp với hầu hết mọi loại pin được đánh giá dưới 5V.

2. Người dùng có thể cài đặt dòng xả bằng cách sử dụng các nút.

3. Giao diện người dùng OLED

4. Thiết bị có thể được sử dụng như một Tải điện tử

Cập nhật vào 02.12.2019

Bây giờ bạn có thể đặt PCB và các thành phần cùng nhau trong một bộ từ PCBWay

Khước từ trách nhiệm: Xin lưu ý rằng bạn đang làm việc với pin Li-Ion rất dễ nổ và nguy hiểm. Tôi không chịu trách nhiệm về bất kỳ tổn thất nào về tài sản, thiệt hại, hoặc thiệt hại về nhân mạng nếu liên quan đến điều đó. Hướng dẫn này được viết cho những người có kiến thức về công nghệ lithium-ion có thể sạc lại. Vui lòng không thử điều này nếu bạn là người mới. Giữ an toàn.

Quân nhu

Các thành phần được sử dụng

Bây giờ Đặt hàng PCB và tất cả các thành phần để xây dựng dự án này trong một bộ từ PCBWay

1. PCB: PCBWay

2. Arduino Nano: Amazon / Banggood

3. Opamp LM358: Amazon / Banggood

4. Màn hình OLED 0,96 : Amazon / Banggood

5. Điện trở gốm: Amazon / Banggood

6. Tụ điện 100nF: Amazon / Banggood

7. Tụ 220uF: Amazon / Banggood

8. Điện trở 4,7K & 1M: Amazon / Banggood

9. Nút nhấn: Amazon / Banggood

10. Nút nhấn nút: Aliexpress

11. Thiết bị đầu cuối vít: Amazon / Banggood

12. Ban nguyên mẫu: Amazon / Banggood

13. PCB Stand-off: Amazon / Banggood

14. Heatshrink Tubing: Amazon / Banggood

15. Tản nhiệt: Aliexpress

Công cụ được sử dụng

1. Sắt hàn: Amazon / Banggood

2. Đồng hồ kẹp: Amazon / Banggood

3. Đồng hồ vạn năng: Amazon / Banggood

4. Máy thổi khí nóng: Amazon / Banggood

5. Máy cắt dây: Amazon / Banggood

6. Máy cắt dây: Amazon / Banggood

Bước 1: Sơ đồ

Toàn bộ sơ đồ được chia thành các phần sau:

1. Mạch cung cấp điện

2. Mạch tải dòng điện không đổi

3. Mạch đo điện áp pin

4. Mạch giao diện người dùng

5. Mạch Buzzer

1. Mạch cung cấp điện

Nguồn cung cấp mạch bao gồm một DC Jack (7-9V) và hai tụ lọc C1 và C2. Đầu ra nguồn (Vin) được kết nối với chân Vin của Arduino. Ở đây tôi đang sử dụng bộ điều chỉnh điện áp trên bo mạch Arduino để giảm điện áp xuống 5V.

2. Mạch tải dòng điện không đổi

Thành phần cốt lõi của mạch là Op-amp LM358 chứa hai bộ khuếch đại hoạt động. Tín hiệu PWM từ chân D10 của Arduino được lọc bởi bộ lọc thông thấp (R2 và C6) và được đưa đến bộ khuếch đại hoạt động thứ hai. Đầu ra của op-amp thứ hai được kết nối với op-amp đầu tiên trong cấu hình theo điện áp. Nguồn cung cấp cho LM358 được lọc bằng tụ phân tách C5.

Op-amp đầu tiên, R1 và Q1 xây dựng một mạch tải dòng điện không đổi. Vì vậy, bây giờ chúng ta có thể điều khiển dòng điện qua điện trở tải (R1) bằng cách thay đổi độ rộng xung tín hiệu PWM.

3. Mạch đo điện áp pin

Điện áp pin được đo bằng chân đầu vào tương tự Arduino A0. Hai tụ điện C3 và C4 được sử dụng để lọc tiếng ồn phát ra từ mạch tải dòng điện không đổi có thể làm giảm hiệu suất chuyển đổi ADC.

4. Mạch giao diện người dùng

Mạch giao diện người dùng bao gồm hai nút nhấn và một màn hình I2C OLED 0,96 . Nút Nhấn Lên và Xuống là để tăng hoặc giảm độ rộng xung PWM. R3 và R4 là điện trở kéo lên cho nút nhấn Lên và Xuống -các nút. C7 và C8 được sử dụng để gỡ lỗi các nút nhấn. Nút nhấn thứ ba (RST) được sử dụng để thiết lập lại Arduino.

5. Mạch Buzzer

Mạch còi được sử dụng để cảnh báo khi bắt đầu và kết thúc thử nghiệm. Một bộ rung 5V được nối với chân kỹ thuật số D9 của Arduino.

Bước 2: Nó hoạt động như thế nào?

Lý thuyết dựa trên sự so sánh điện áp của đầu vào đảo ngược (pin-2) và đầu vào không đảo (pin-3) của OpAmp, được định cấu hình như một bộ khuếch đại thống nhất. Khi bạn đặt điện áp đặt vào đầu vào không đảo bằng cách điều chỉnh tín hiệu PWM, đầu ra của opamp sẽ mở cổng MOSFET. Khi MOSFET bật, dòng điện chạy qua R1, nó tạo ra sự sụt giảm điện áp, cung cấp phản hồi tiêu cực cho OpAmp. Nó điều khiển MOSFET theo cách sao cho điện áp tại các đầu vào đảo ngược và không đảo của nó bằng nhau. Vì vậy, dòng điện qua điện trở tải tỷ lệ với điện áp tại đầu vào không đảo của OpAmp.

Tín hiệu PWM từ Arduino được lọc bằng cách sử dụng mạch lọc thông thấp (R2 và C1). Để kiểm tra tín hiệu PWM và hiệu suất của mạch lọc, tôi đã nối DSO ch-1 của mình ở đầu vào và ch-2 ở đầu ra của mạch lọc. Dạng sóng đầu ra được hiển thị ở trên.

Bước 3: Đo lường năng lực

Tại đây Pin được xả đến điện áp ngưỡng mức thấp (3.2V).

Dung lượng pin (mAh) = Dòng điện (I) tính bằng mA x Thời gian (T) tính bằng giờ

Từ phương trình trên, rõ ràng là để tính dung lượng pin (mAh), chúng ta phải biết cường độ dòng điện tính bằng mA và thời gian tính bằng giờ. Mạch được thiết kế là mạch tải dòng không đổi nên dòng phóng không đổi trong suốt thời gian thử nghiệm.

Dòng xả có thể được điều chỉnh bằng cách nhấn nút Lên và Xuống. Khoảng thời gian được đo bằng cách sử dụng bộ đếm thời gian trong mã Arduino.

Bước 4: Tạo mạch

Trong các bước trước, tôi đã giải thích chức năng của từng thành phần trong mạch. Trước khi tạo bảng mạch cuối cùng, hãy kiểm tra mạch điện trên bảng mạch bánh mì trước. Nếu mạch hoạt động hoàn hảo trên bảng mạch, thì hãy chuyển sang hàn các thành phần trên bảng mạch nguyên mẫu.

Tôi đã sử dụng bảng nguyên mẫu 7cm X 5cm.

Gắn Nano: Đầu tiên cắt hai hàng chân cắm đầu cái với 15 chân mỗi hàng. Tôi đã sử dụng một chiếc kềm cắt chéo để cắt các phần đầu. Sau đó hàn các chân tiêu đề. Đảm bảo khoảng cách giữa hai thanh ray phù hợp với Arduino nano.

Gắn màn hình OLED: Cắt một tiêu đề nữ bằng 4 chân. Sau đó hàn nó lại như trong hình.

Gắn các thiết bị đầu cuối và các thành phần: Hàn các thành phần còn lại như trong hình.

Đấu dây: Đi dây theo sơ đồ. Tôi đã sử dụng dây màu để làm hệ thống dây điện để tôi có thể dễ dàng nhận biết chúng.

Bước 5: Màn hình OLED

Để hiển thị Điện áp pin, dòng xả và dung lượng, tôi đã sử dụng màn hình OLED 0,96 . Màn hình này có độ phân giải 128x64 và sử dụng bus I2C để giao tiếp với Arduino. Hai chân SCL (A5), SDA (A4) trong Arduino Uno được sử dụng để giao tiếp.

Tôi đang sử dụng thư viện Adafruit_SSD1306 để hiển thị các thông số.

Đầu tiên, bạn phải tải xuống Adafruit_SSD1306. Sau đó, cài đặt nó.

Các kết nối phải như sau

Arduino OLED

5V -VCC

GND GND

A4-- SDA

A5-- SCL

Bước 6: Buzzer để cảnh báo

Để cung cấp cảnh báo trong khi bắt đầu và cạnh tranh của bài kiểm tra, một bộ rung piezo được sử dụng. Bộ rung có hai thiết bị đầu cuối, chân dài hơn là cực dương và chân ngắn hơn là cực âm. Hình dán trên bộ rung mới cũng có dấu "+" để cho biết cực dương.

Vì bảng nguyên mẫu không có đủ chỗ để đặt bộ rung, tôi đã kết nối bộ rung với bảng mạch chính bằng cách sử dụng hai dây. Để cách nhiệt cho kết nối trần, tôi đã sử dụng ống co nhiệt.

Các kết nối phải như sau

Arduino Buzzer

D9 Thiết bị đầu cuối tích cực

GND thiết bị đầu cuối âm

Bước 7: Lắp đặt Standoffs

Sau khi hàn và nối dây, hãy lắp các chân đế ở 4 góc. Nó sẽ cung cấp đủ độ hở cho các mối hàn và dây dẫn từ mặt đất.

Bước 8: Thiết kế PCB

Tôi đã vẽ sơ đồ bằng cách sử dụng phần mềm trực tuyến EasyEDA sau đó chuyển sang bố cục PCB.

Tất cả các thành phần bạn đã thêm trong giản đồ phải ở đó, xếp chồng lên nhau, sẵn sàng được đặt và định tuyến. Kéo các thành phần bằng cách nắm vào miếng đệm của nó. Sau đó, đặt nó bên trong đường viền hình chữ nhật.

Sắp xếp tất cả các thành phần sao cho bo mạch chiếm không gian tối thiểu. Kích thước bo mạch càng nhỏ thì chi phí sản xuất PCB càng rẻ. Sẽ rất hữu ích nếu bảng này có một số lỗ gắn trên đó để có thể gắn nó vào trong một vỏ bọc.

Bây giờ bạn phải định tuyến. Định tuyến là phần thú vị nhất của toàn bộ quá trình này. Nó giống như giải một câu đố! Sử dụng công cụ theo dõi, chúng tôi cần kết nối tất cả các thành phần. Bạn có thể sử dụng cả lớp trên cùng và lớp dưới cùng để tránh chồng chéo giữa hai bản nhạc khác nhau và làm cho bản nhạc ngắn hơn.

Bạn có thể sử dụng lớp Silk để thêm văn bản vào bảng. Ngoài ra, chúng tôi có thể chèn một tệp hình ảnh, vì vậy tôi thêm một hình ảnh biểu trưng trang web của mình sẽ được in trên bảng. Cuối cùng, bằng cách sử dụng công cụ vùng đồng, chúng ta cần tạo vùng nền của PCB.

Bạn có thể đặt hàng từ PCBWay.

Đăng ký PCBWay ngay bây giờ để nhận phiếu giảm giá US $ 5. Điều đó có nghĩa là đơn hàng đầu tiên của bạn là miễn phí chỉ bạn phải trả phí vận chuyển.

Khi bạn đặt hàng, tôi sẽ nhận được 10% tài trợ từ PCBWay cho những đóng góp cho công việc của tôi. Sự giúp đỡ nhỏ của bạn có thể khuyến khích tôi làm những công việc tuyệt vời hơn trong tương lai. Cảm ơn bạn đã hợp tác của bạn.

Bước 9: Lắp ráp PCB

Đối với Hàn, bạn sẽ cần một Bàn ủi hàn, Kềm hàn, Kềm và một đồng hồ vạn năng. Thực hành tốt là hàn các thành phần theo chiều cao của chúng. Hàn các thành phần có chiều cao thấp hơn trước.

Bạn có thể làm theo các bước sau để hàn các thành phần:

1. Đẩy các chân linh kiện qua các lỗ của chúng và xoay PCB ở mặt sau của nó.

2. Giữ đầu mỏ hàn vào phần tiếp giáp của miếng đệm và chân của linh kiện.

3. Nạp chất hàn vào mối nối để nó chảy xung quanh dây dẫn và bao phủ miếng đệm. Khi nó đã chảy ra xung quanh, hãy di chuyển đầu nhọn ra xa.

Bước 10: Phần mềm & Thư viện

Đầu tiên, tải xuống Mã Arduino đính kèm. Sau đó tải xuống các thư viện sau và cài đặt chúng.

Thư viện:

Tải xuống và cài đặt các thư viện sau:

1. JC_Button:

2. Adafruit_SSD1306:

Trong mã, bạn phải thay đổi hai điều sau đây.

1. Giá trị Mảng hiện tại: Điều này có thể được thực hiện bằng cách kết nối đồng hồ vạn năng nối tiếp với pin. Nhấn nút lên và đo dòng điện, các giá trị hiện tại là các phần tử của mảng.

2. Vcc: Bạn dùng đồng hồ vạn năng để đo điện áp ở chân 5V của Arduino. Trong trường hợp của tôi, nó là 4,96V.

Cập nhật ngày 20.11.2019

Bạn có thể thay đổi giá trị Low_BAT_Level trong mã theo hóa học của pin. Tốt hơn là nên có một chút biên độ so với điện áp cắt được nêu dưới đây.

Dưới đây là tốc độ phóng điện và điện áp cắt cho các hóa chất Pin Lithium-Ion khác nhau:

1. Lithium Cobalt Oxide: Điện áp cắt = 2,5V ở tốc độ phóng điện 1C

2. Lithium Mangan Oxit: Điện áp cắt = 2,5V ở tốc độ phóng điện 1C

3. Lithium Iron Phosphate: Điện áp cắt = 2,5V ở tốc độ xả 1C

4. Lithium Titanate: Điện áp cắt = 1.8V ở tốc độ xả 1C

5. Lithium Nickel Mangan Cobalt Oxide: Điện áp cắt = 2,5V ở tốc độ phóng điện 1C

6. Oxit nhôm Lithium Nickel Coban: Điện áp cắt = 3.0V ở tốc độ phóng điện 1C

Cập nhật ngày 01.04.2020

jcgrabo, đã đề xuất một số thay đổi đối với thiết kế ban đầu để cải thiện độ chính xác. Những thay đổi được liệt kê dưới đây:

1. Thêm một tham chiếu chính xác (LM385BLP-1.2) và kết nối nó với A1. Trong quá trình thiết lập, hãy đọc giá trị của nó được biết là 1,215 vôn, sau đó tính Vcc, do đó loại bỏ sự cần thiết phải đo Vcc.

2. Thay thế điện trở 1 ohm 5% bằng điện trở công suất 1 ohm 1% do đó giảm sai số phụ thuộc vào giá trị của điện trở.

3. Thay vì sử dụng một bộ giá trị PWM cố định cho mỗi bước hiện tại (với số gia là 5), hãy tạo một mảng các giá trị hiện tại mong muốn được sử dụng để tính toán các giá trị PWM cần thiết để đạt được các giá trị hiện tại đó càng gần càng tốt. Ông đã theo dõi điều đó bằng cách tính toán các giá trị hiện tại thực tế sẽ đạt được với các giá trị PWM được tính toán.

Bằng cách xem xét những thay đổi ở trên, anh ấy đã sửa lại mã và chia sẻ nó trong phần bình luận. Mã sửa đổi được đính kèm bên dưới.

Cảm ơn jcgrabo rất nhiều vì sự đóng góp quý báu của bạn cho dự án của tôi. Tôi hy vọng cải tiến này sẽ hữu ích cho nhiều người dùng hơn nữa.

Bước 11: Kết luận

Để kiểm tra mạch, trước tiên tôi sạc pin Samsung 18650 tốt bằng Bộ sạc ISDT C4 của mình. Sau đó kết nối pin với cực pin. Bây giờ đặt dòng điện theo yêu cầu của bạn và nhấn và giữ nút “LÊN”. Sau đó, bạn sẽ nghe thấy một tiếng bíp và quy trình kiểm tra bắt đầu. Trong quá trình kiểm tra, bạn sẽ theo dõi tất cả các thông số trên màn hình OLED. Pin sẽ phóng điện cho đến khi điện áp của nó đạt đến ngưỡng mức thấp (3.2V). Quá trình kiểm tra sẽ được kết thúc bằng hai tiếng bíp dài.

Lưu ý: Dự án vẫn đang trong giai đoạn phát triển. Bạn có thể tham gia cùng tôi để có bất kỳ cải tiến nào. Nâng cao nhận xét nếu có sai sót hoặc sai sót. Tôi đang thiết kế một PCB cho dự án này. Giữ kết nối để biết thêm thông tin cập nhật về dự án.

Hy vọng hướng dẫn của tôi là hữu ích. Nếu thấy thích, đừng quên chia sẻ:) Subscribe để biết thêm nhiều dự án DIY. Cảm ơn.