Схема. Измеритель емкости аккумуляторов на микроконтроллере

      Разработанное автором устройство предназначено для измерения в автоматическом режиме емкости большинства типов аккумуляторов от малогабаритных до автомобильных батарей.

      Принцип измерения основан на разрядке аккумулятора стабильным током с автоматическим подсчетом времени разрядки и дальнейшим перемножением этих величин, результат получается в привычной размерности ампер-часах (А-ч). Схема устройства показана на рис. 1, его основой является микроконтроллер DD1, работающий по программе, коды которой приведены в табл. 1. Для повышения точности отсчета временных интервалов частота тактового генератора микроконтроллера DD1 стабилизирована кварцевым резонатором ZQ1.

      Стабилизированный ток разрядки формируется источником тока, управляемым напряжением (ИТУН), собранным на ОУ DA2, полевом транзисторе VT1 и резисторе R3, выполняющем функцию датчика тока. Максимальное значение тока — 2,55 А, минимальное — О, требуемое значение в этих пределах устанавливают нажатиями на кнопки SB2, SB3. При кратковременном нажатии дискретность изменения составляет 30 мА, при длительном — 0,15 А.

      Контроль напряжения аккумулятора осуществляет микроконтроллер DD1 с помощью встроенного АЦП, для этого линия порта РС5 (вывод 28) программно сконфигурирована как вход АЦП. На выходе AREF (вывод 21) присутствует образцовое напряжение 2,56 В, которое фильтрует конденсатор С8. Питание аналоговой части микроконтроллера DD1 осуществляется через фильтр L1C11. Питается измеритель от внешнего источника постоянного тока напряжением 6…12 В с максимальным выходным током не менее 0,1 А.
Интервалы отсчета времени (1 с) формируются по переполнениям таймера/счетчика 1 микроконтроллера DD1 и сопровождаются вспышками светодиода HL1 с частотой 0,5 Гц. Интервалы времени в шесть минут формируются подсчетом переполнений этого таймера/ счетчика. Обновление значений емкости аккумулятора происходит через каждые шесть минут, т. е. десять раз в час.

      На девятиразрядном светодиодном индикаторе HG2 в младших его разрядах (крайние левые с 1-го по 5-й) индицируется значение емкости в ампер-часах в формате XX. XXX. Дискретность в этом случае составляет t-Al = 0,003 А-ч, где t — интервал отсчета времени (0,1 ч); AI -минимальная дискретность установки тока ИТУН (0,03 А). Шестой разряд этого индикатора постоянно погашен, поскольку он служит разделительным. В старших разрядах (с 9-го по 7-й) индицируется напряжение, до которого будет разряжен аккумулятор. Его устанавливают в интервале от 1 до 25,5 В нажатием на кнопки SB4, SB5. При кратковременном нажатии — с шагом 0,1 В, при длительном — 1 В. При нажатии на кнопку SB1 индицируется текущее напряжение аккумулятора. Не значащие нули десятков вольт и ампер-часов (разряды 9-й и 5-й соответственно) гасятся программно.

      На трехразрядном индикаторе HG1 отображается значение тока разрядки в формате Х.ХХ. Напряжение управления, поступающее на вход ИТУН, формируется с помощью интегрирующей цепи R2R8C4 из выходного ШИ сигнала таймера/счетчика 2 микроконтроллера DD1. Коэффициент заполнения ШИ сигнала может принимать 256 значений в интервале от минимального (импульс практически отсутствует) до максимального (пауза практически отсутствует). Минимальное значение тока ИТУН (при нулевом значении регистра сравнения таймера/счетчика 2) — не более 2,5 мА.

      После установки тока разрядки и минимального напряжения, до которого следует разрядить аккумулятор, его подключают к устройству. Если напряжение больше или равно минимальному, светодиод HL1 мигает и таймер/ счетчик 1 отсчитывает шестиминутный интервал, по окончании на индикатор HG2 выводится новое значение емкости аккумулятора. Максимальное время измерения составляет 255-6 = 1530 мин, или 25 ч 30 мин, т. е. чуть больше суток, а максимальная измеряемая емкость — 65,535 А-ч, что позволяет тестировать и некоторые стартерные батареи легковых автомобилей. При разрядке аккумулятора до напряжения ниже минимального запрещаются прерывания от таймера/счетчика 1, прекращается отсчет шестиминутных интервалов, показания емкости фиксируются и отображаются в младших разрядах индикатора HG2. Сигналом окончания процесса измерения емкости является постоянное свечение светодиода HL1.

      Все детали устройства, кроме кнопок, индикаторов и транзистора, размещены на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита, чертеж которой показан на рис. 2. Постоянный резистор R3 — С5-16МВ, остальные — МЛТ, С2-23, оксидные конденсаторы — К50-35 или импортные, конденсаторы С2, С5, С6, С8 -керамические для поверхностного монтажа типоразмера 0805, остальные -KM, K10-17, светодиод — любой красного цвета свечения (не мигающий), обеспечивающий достаточную яркость свечения при токе 5 мА. Дроссель L1 — импортный (ЕС24), он припаян со стороны печатных проводников. Плюсовой выход устройства соединяют (припаивают) с фланцем транзистора VT1. Микроконтроллер установлен в панель, проволочную перемычку, расположенную под ним, монтируют до установки панели. Транзистор VT1 необходимо установить на теплоотвод с площадью не менее 600 см2.

      Микроконтроллер был запрограммирован с помощью программы РоnуРrоg, биты конфигурации показаны на рис. 3. В устройстве можно применить кварцевый резонатор на частоту 10,24 МГц. В этом случае необходимо изменить значения констант в исходном тексте программы в соответствии с табл. 2 и вновь его оттранслировать.

      Налаживание правильно собранного из исправных деталей устройства заключается в его калибровке с помощью образцовых вольтметра и амперметра. После включения устройства при нулевых показаниях индикатора HG1 параллельно конденсатору СЗ подключают образцовый вольтметр и подают на него напряжение (около 10 В) от стабилизированного источника питания . Подборкой резистора R4 при нажатой кнопке SB1 сравнивают показания в старших разрядах индикатора HG2 и образцового вольтметра. Затем последовательно с источником питания включают образцовый амперметр, устанавливают ток разрядки около 1 А и подборкой резистора R8 сравнивают показания индикатора HG1 и образцового амперметра.

Прилагаемые файлы:    13_30_45__14_05_2010.zip

М. ОЗОЛИН, с. Красный Яр Томской обл.
«Радио» №3 2009г.

Похожие статьи:
Внутрисхемный отладчик программ для микроконтроллеров AVR
Миниатюрные USB-программаторы для микроконтроллеров AVR
Таймер-терморегулятор на микроконтроллере
Двухканальный фазовый регулятор мощности на микроконтроллере
Цифровой измеритель емкости на микроконтроллере
Измеритель ёмкости и ЭПС конденсаторов — приставка к мультиметру