Vienkāršs akumulatora līmeņa indikators, izmantojot op

Mūsdienu pasaulē mēs izmantojam akumulatorus gandrīz visos elektroniskajos sīkrīkos, sākot no jūsu mobilā tālruņa, digitālā termometra, viedpulksteņa līdz elektriskajiem transportlīdzekļiem, lidmašīnām, satelītiem un pat uz Marsa izmantotajiem robotizētajiem roveriem, kuru akumulators darbojās aptuveni 700 zolēs (Marsa dienās). Ir droši teikt, ka bez šo elektroķīmisko uzglabāšanas ierīču jeb Bateriju izgudrošanas pasaule, kā mēs zinām, tā neeksistētu. Ir daudz dažādu veidu akumulatoru, piemēram, svina-skābes, Ni-Cd, litija jonu utt. Ar tehnoloģiju parādīšanos mēs redzam jaunas izgudrotas baterijas, piemēram, litija gaisa baterijas, cietvielu litija baterijas utt., Kurām ir augstākas enerģijas uzkrāšanas jauda un augsta darba temperatūras diapazons. Vairāk par akumulatoriem un to darbību mēs jau esam apsprieduši mūsu iepriekšējos rakstos. Šajā rakstā mēs uzzināsim, kā izveidot vienkāršu12 V akumulatora uzlādes līmeņa indikators, izmantojot Op-Amp.

Lai gan akumulatora līmenis ir neskaidrs termins, jo mēs īsti nevaram izmērīt akumulatorā atlikušo uzlādi, ja vien mēs neizmantojam sarežģītus aprēķinus un mērījumus, izmantojot akumulatora vadības sistēmu. Bet vienkāršās lietojumprogrammās mums nav šīs metodes greznības, tāpēc mēs parasti izmantojam vienkāršu uz atvērta ķēdes sprieguma balstītu akumulatora līmeņa novērtēšanas metodi, kas ļoti labi darbojas 12 V svina akumulatoriem, jo ​​to izlādes līkne ir gandrīz lineāra no 13,8 V līdz 10,1 V, ko parasti uzskata par tā augšējo un apakšējo galējo robežu. Iepriekš mēs esam izveidojuši arī Arduino bāzes akumulatora līmeņa indikatoru un vairāku šūnu sprieguma uzraudzības ķēdi, ja jūs interesē, varat tos arī pārbaudīt.

Šajā projektā mēs izstrādāsim un uzbūvēsim 12 V akumulatora līmeņa indikatoru, izmantojot četrkodolu OPAMP bāzes IC LM324, kas ļauj vienā mikroshēmā izmantot 4 OPAMP bāzes salīdzinātājus. Mēs izmērīsim akumulatora spriegumu un salīdzināsim to ar iepriekš norādīto spriegumu, izmantojot LM324 IC, un virzīsim gaismas diodes, lai parādītu iegūto izvadi. Lecam tieši tajā iekšā, vai ne?

Nepieciešamās sastāvdaļas

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4 × LED gaismas (sarkanas)
• 1 × 2,5kΩ rezistors
• 5 × 1kΩ rezistors
• 1 × 1.6kΩ rezistors
• 4 × 0,5kΩ rezistors
• 14 tapu IC turētājs
• PCB skrūvju terminālis
• Perfboard
• Lodēšanas komplekts

LM324 Quad OPAMP IC

LM324 ir Quad op-amp IC, kas integrēts ar četriem op-ampēriem, kurus darbina kopīgs barošanas avots. Diferenciālā ieejas sprieguma diapazons var būt vienāds ar barošanas sprieguma diapazonu. Noklusējuma ieejas nobīdes spriegums ir ļoti zems, kura lielums ir 2mV. Darba temperatūra ir no 0 ° C līdz 70 ° C apkārtējā vidē, savukārt maksimālā savienojuma temperatūra var būt līdz 150 ° C. Parasti op-ampēri var veikt matemātiskas darbības, un tos var izmantot dažādās konfigurācijās, piemēram, pastiprinātājā, sprieguma sekotājā, salīdzinātājā utt. Tātad, izmantojot četrus OPAMP vienā IC, jūs ietaupīsiet vietu un ķēdes sarežģītību. To var darbināt ar vienu barošanas avotu plašā sprieguma diapazonā no -3V līdz 32V, kas ir vairāk nekā pietiekami, lai pārbaudītu līdz 24V akumulatora uzlādes līmeni šajā ķēdē.

12 V akumulatora līmeņa indikatora shēmas shēma

Pilna ķēde, ko izmanto 12 V akumulatora indikatorā, ir atrodama zemāk. Tālāk redzamajā attēlā ilustratīviem nolūkiem esmu izmantojis 9 V akumulatoru, bet pieņemu, ka tas ir 12 V akumulators.

Ja jums nepatīk grafiskās shēmas, varat pārbaudīt zemāk esošo shēmu. Šeit Vcc un Ground ir spailes, kas attiecīgi jāpievieno 12V akumulatora pozitīvajiem un negatīvajiem.

Tagad turpināsim saprast ķēdes darbību. Vienkāršības labad mēs varam sadalīt ķēdi 2 dažādās daļās.

Atskaites sprieguma sadaļa:

Pirmkārt, mums jāizlemj, kurus sprieguma līmeņus mēs vēlamies izmērīt ķēdē, un jūs varat attiecīgi izstrādāt savu rezistoru balstīto potenciālo dalītāju ķēdi. Šajā ķēdē D2 ir atsauces Zenera diode, kura nominālā vērtība ir 5,1 V 5 W, tāpēc tas regulēs izeju līdz 5,1 V visā tajā. Tajā ir virkne 4k pretestības, kas sērijveidā savienotas ar GND, tāpēc aptuveni 1,25 V kritums būs visos rezistoros, kurus mēs izmantosim, lai salīdzinātu ar akumulatora spriegumu. Atsauces spriegumi salīdzināšanai ir aptuveni 5,1 V, 3,75 V, 2,5 V un 1,25 V.

Turklāt ir vēl viena sprieguma dalītāja ķēde, kuru mēs izmantosim, lai salīdzinātu akumulatora spriegumu ar spriegumu, ko dod sprieguma dalītājs, kas savienots pāri Zeneram. Šis sprieguma dalītājs ir svarīgs, jo, konfigurējot tā vērtību, jūs izlemjat sprieguma punktus, pēc kuriem vēlaties iedegt atbilstošās gaismas diodes. Šajā ķēdē mēs sērijveidā esam izvēlējušies 1,6 k rezistoru un 1,0 k rezistoru, lai nodrošinātu dalīšanas koeficientu 2,6.

Tātad, ja akumulatora augšējā robeža ir 13,8 V, tad atbilstošais potenciāla dalītāja dotais spriegums būs 13,8 / 2,6 = 5,3 V, kas ir vairāk nekā 5,1 V, ko dod pirmais Zenera diode atsauces spriegums, tāpēc visi gaismas diodes būs iedegas, ja akumulatora spriegums ir 12,5 V, ti, tas nav pilnībā uzlādēts vai pilnībā izlādēts, tad atbilstošais spriegums būs 12,5 / 2,6 = 4,8 V, kas nozīmē, ka tas ir mazāks par 5,1 V, bet lielāks nekā pārējie trīs standartspriegumi, tāpēc trīs gaismas diodes iedegsies iedegties un viens nedeg. Tādējādi šādā veidā mēs varam noteikt sprieguma diapazonus, lai apgaismotu atsevišķu LED.

Salīdzinātājs un LED sadaļa:

Šajā ķēdes daļā mēs vienkārši vadām dažādus gaismas diodes dažādiem sprieguma līmeņiem. Tā kā IC LM324 ir uz OPAMP balstīts salīdzinātājs, tāpēc ikreiz, kad konkrētā OPAMP neinvertējošais terminālis ir ar lielāku potenciālu nekā invertējošais terminālis, OPAMP izeja tiks pavilkta augstu līdz aptuveni VCC sprieguma līmenim, kas mūsu gadījumā ir akumulatora spriegums. Šeit gaismas diode nedeg, jo spriegumi gan LED, gan anodā, gan katodā ir vienādi, tāpēc strāva neplūst. Ja invertēšanas termināļa spriegums ir lielāks nekā neinvertējošā spailes, tad OPAMP izeja tiks novilkta līdz GND līmenim, tāpēc gaismas diode iedegsies, jo tai ir potenciāla atšķirība starp spailēm.

Mūsu ķēdē mēs esam savienojuši katra OPAMP neinvertējošo spaili ar 1kΩ rezistoru potenciāla dalītāja ķēdē, kas savienota pāri akumulatoram, un invertēšanas spailes ir savienotas ar dažādiem sprieguma līmeņiem no potenciāla dalītāja, kas savienots pāri Zener. Tātad, ja akumulatora sadalītais spriegums ir zemāks par attiecīgā OPAMP atsauces spriegumu, izeja tiks novilkta augstu, un gaismas diode nedeg, kā paskaidrots iepriekš.

Izaicinājumi un uzlabojumi:

Tā ir diezgan neapstrādāta un pamata metode akumulatora sprieguma tuvināšanai, un jūs varat to tālāk modificēt, lai nolasītu jūsu izvēlēto sprieguma diapazonu, pievienojot papildu rezistoru virknē ar potenciālo dalītāju, kas savienots ar 5,1 V Zener diode, šādā veidā jūs varat iegūt lielāku precizitāti mazākā diapazonā, lai varētu noteikt vairāk sprieguma līmeņu mazākā diapazonā reālām lietojumprogrammām, piemēram, svina-skābes akumulatoram.

Varat arī saskarni ar dažādu krāsu gaismas diodēm dažādiem sprieguma līmeņiem un, ja vēlaties joslu diagrammu. Šajā ķēdē es izmantoju tikai vienu LM324, lai tas būtu vienkārši. Varat izmantot n salīdzināmo IC skaitu un ar n rezistoriem, sērijveidā ar atsauces sprieguma Zener diode, jums var būt tik daudz atsauces spriegumu, ar kuru salīdzināt kas vēl vairāk palielinās jūsu rādītāja precizitāti.

Mūsu 12 V akumulatora līmeņa indikatora izveide un pārbaude

Tagad, kad esam pabeiguši shēmas projektēšanu, mums tas ir jāizgatavo uz perf plāksnes. Ja vēlaties, vispirms to varat arī pārbaudīt uz maizes paneļa, lai redzētu, kā tas darbojas, un atkļūdojiet kļūdas, kuras, iespējams, redzat ķēdē. Ja vēlaties ietaupīt visu komponentu lodēšanas problēmu, varat arī izveidot savu PCB uz AutoCAD Eagle, EasyEDA vai Proteus ARES vai jebkuras citas PCB Designing programmatūras, kas jums patīk.

Tā kā LM324 var strādāt ar plašu barošanas avotu diapazonu, sākot no -3V līdz 32V, jums nav jāuztraucas par LM324 IC atsevišķa barošanas avota nodrošināšanu, tāpēc mēs esam izmantojuši tikai vienu PCB skrūvju termināļu pāri, kas būs tieši savienots ar akumulatora spailēm un baro visu PCB. Izmantojot šo shēmu, jūs varat pārbaudīt sprieguma līmeni no Min 5.5V līdz maksimāli 15V. Es ļoti iesaku jums pievienot virkni citu rezistoru potenciāla dalītājā pāri Zener un samazināt katra LED sprieguma diapazonu.

Ja vēlaties palielināt sprieguma pārbaudes diapazonu no 12V līdz 24V, jo LM324 spēj pārbaudīt līdz pat 24V akumulatoru, jums vienkārši jāmaina akumulatoram pievienotā sprieguma dalītāja sprieguma dalīšanas koeficients, lai tie būtu salīdzināmi ar norādītajiem sprieguma līmeņiem un arī dubultojiet pretestības, kas savienotas ar gaismas diodēm, lai pasargātu to no lielas strāvas plūsmas caur tām.

Pilnīga šīs apmācības darbība ir atrodama arī zemāk pievienotajā videoklipā. Ceru, ka jums patika apmācība un uzzinājāt kaut ko noderīgu, ja jums ir kādi jautājumi, atstājiet tos komentāru sadaļā vai arī varat izmantot mūsu forumus citiem tehniskiem jautājumiem.