Eenvoudige batterijniveau-indicator met op

In de moderne wereld gebruiken we batterijen in bijna elke elektronische gadget, van je handheld mobiele telefoon, digitale thermometer, smartwatch tot elektrische voertuigen, vliegtuigen, satellieten en zelfs Robotic Rovers die op Mars worden gebruikt en waarvan de batterij ongeveer 700 sols duurde (Martiaanse dagen). Het is veilig om te zeggen dat zonder de uitvinding van deze elektrochemische opslagapparaten, ook wel batterijen genoemd, de wereld zoals we die kennen niet zou bestaan. Er zijn veel verschillende soorten batterijen zoals loodzuur, Ni-Cd, lithium-ion, enz. Met de komst van technologie zien we nieuwe batterijen uitgevonden zoals Li-luchtbatterijen, Solid State-lithiumbatterijen, enz. Die een hogere energieopslagcapaciteit en hoog temperatuurbereik. We hebben al meer besproken over batterijen en hoe ze werken in onze vorige artikelen. In dit artikel zullen we leren hoe u een eenvoudigLaadniveau- indicator van 12 V met Op-Amp.

Hoewel het batterijniveau een dubbelzinnige term is, omdat we de resterende lading in de batterij niet echt kunnen meten, tenzij we complexe berekeningen en metingen gebruiken met behulp van een batterijbeheersysteem. Maar in eenvoudige toepassingen hebben we niet de luxe van deze methode, dus gebruiken we meestal een eenvoudige methode voor het schatten van het accuniveau op basis van open circuitspanning, die heel goed werkt voor loodzuuraccu's van 12 V, aangezien hun ontladingscurve bijna lineair is van 13,8 V tot 10,1 V., die meestal worden beschouwd als de bovenste en onderste uiterste limieten. Eerder hebben we ook een op Arduino gebaseerde batterijniveau-indicator en een meervoudig celvoltagecontrolecircuit gebouwd, je kunt ze ook bekijken als je geïnteresseerd bent.

In dit project zullen we een 12V batterijniveau-indicator ontwerpen en bouwen met behulp van een quad comparator OPAMP gebaseerde IC LM324 waarmee we 4 OPAMP gebaseerde comparators op een enkele chip kunnen gebruiken. We zullen de spanning van de batterij meten en deze vergelijken met de vooraf gespecificeerde spanning met behulp van de LM324 IC en de LED's aansturen om de output weer te geven die we krijgen. Laten we er meteen in springen, zullen we?

Componenten vereist

• LM324 Vierling OPAMP IC
• 4 × LED-lampjes (rood)
• 1 × 2,5 kΩ weerstand
• 5 × 1kΩ weerstand
• 1 × 1.6kΩ weerstand
• 4 × 0,5 kΩ weerstand
• 14-pins IC-houder
• PCB-schroefaansluiting
• Perfboard
• Soldeerkit

LM324 Vierling OPAMP IC

LM324 is een Quad op-amp IC geïntegreerd met vier op-amps die worden gevoed door een gemeenschappelijke voeding. Het differentiële ingangsspanningsbereik kan gelijk zijn aan dat van de voedingsspanning. De standaard offset-ingangsspanning is erg laag, namelijk van magnitude 2mV. De bedrijfstemperatuur varieert van 0 ° C tot 70 ° C bij omgevingstemperatuur, terwijl de maximale junctietemperatuur kan oplopen tot 150 ° C. Over het algemeen kunnen op-amps wiskundige bewerkingen uitvoeren en kunnen ze in verschillende configuraties worden gebruikt, zoals versterker, spanningsvolger, comparator, enz. Dus door vier OPAMP's in een enkele IC te gebruiken, bespaart u ruimte en complexiteit van het circuit. Het kan worden gevoed door een enkele voeding over een breed spanningsbereik van -3V tot 32V, wat meer dan voldoende is voor het testen van het batterijniveau tot 24 V op dit circuit.

Schakelschema voor 12V-batterijniveau-indicator

Het volledige circuit dat wordt gebruikt in de 12V-batterij-indicator vindt u hieronder. Ik heb ter illustratie een 9V-batterij gebruikt in de onderstaande afbeelding, maar neem aan dat het een 12V-batterij is.

Als je niet van grafische schakelingen houdt, kun je de onderstaande afbeelding bekijken voor de schema's. Hier zijn Vcc en Ground de terminals die respectievelijk moeten worden aangesloten op de 12V-batterij positief en negatief.

Laten we nu verder gaan met het begrijpen van de werking van het circuit. Voor de eenvoud kunnen we de schakeling opdelen in 2 verschillende delen.

Sectie Referentiespanningen:

Eerst moeten we beslissen welke spanningsniveaus we in het circuit willen meten, en u kunt uw op weerstand gebaseerde potentiaaldelercircuit dienovereenkomstig ontwerpen. In dit circuit is D2 een referentie-zenerdiode met een nominale waarde van 5,1 V 5 W, dus het regelt de uitvoer naar 5,1 V eroverheen. Er zijn 4 1k-weerstanden in serie verbonden met de GND, dus er zal een daling van ongeveer 1,25 V zijn over elke weerstand die we zullen gebruiken om vergelijkingen te maken met de batterijspanning. De referentiespanningen ter vergelijking zijn ongeveer 5,1 V, 3,75 V, 2,5 V en 1,25 V.

Er is ook een ander spanningsdelercircuit dat we zullen gebruiken om de batterijspanningen te vergelijken met de spanningen die worden gegeven door de spanningsdeler die over Zener is aangesloten. Deze spanningsdeler is belangrijk omdat u door het configureren van de waarde ervan de spanningspunten bepaalt waarboven u de bijbehorende LED's wilt laten branden. In dit circuit hebben we 1.6k Resistor en 1.0k Resistor in serie gekozen om een ​​deelfactor van 2,6 te bieden.

Dus als de bovengrens van de batterij 13,8 V is, dan is de overeenkomstige spanning gegeven door de potentiaalverdeler 13,8 / 2,6 = 5,3 V, wat meer is dan 5,1 V gegeven door de eerste referentiespanning van de zenerdiode, vandaar dat alle LED's dat zijn brandt als de spanning van de batterij 12,5 V is, dwz niet volledig opgeladen of niet volledig ontladen, dan is de overeenkomstige spanning 12,5 / 2,6 = 4,8 V, wat betekent dat het minder is dan 5,1 V maar groter dan de andere drie referentiespanningen, dus drie LED's zullen oplichten en een niet. Op deze manier kunnen we het spanningsbereik bepalen voor het verlichten van een individuele LED.

Comparator en LED-sectie:

In dit deel van het circuit besturen we alleen de verschillende LED's voor verschillende spanningsniveaus. Omdat IC LM324 een OPAMP-gebaseerde comparator is, dus wanneer de niet-inverterende aansluiting van een bepaalde OPAMP een hoger potentieel heeft dan de inverterende aansluiting, wordt de OPAMP-uitgang hoog getrokken tot het ongeveer VCC-spanningsniveau, wat in ons geval de batterijspanning is. Hier gaat de LED niet branden omdat de voltages aan zowel de anode als de kathode van de LED gelijk zijn en er dus geen stroom vloeit. Als de spanning van de inverterende aansluiting hoger is dan die van de niet-inverterende aansluiting, dan wordt de uitgang van de OPAMP naar beneden getrokken tot het GND-niveau, vandaar dat de LED gaat branden omdat er een potentiaalverschil is tussen de aansluitingen.

In ons circuit hebben we de niet-inverterende terminal van elke OPAMP verbonden met de 1kΩ-weerstand van het potentiaaldelercircuit dat over de batterij is aangesloten, en de inverterende terminals zijn verbonden met de verschillende spanningsniveaus van de potentiaaldeler die over de zener is aangesloten. Dus wanneer de toegewezen spanning van de batterij lager is dan de overeenkomstige referentiespanning van die OPAMP, wordt de uitgang hoog getrokken en zal de LED niet oplichten zoals eerder uitgelegd.

Uitdagingen en verbeteringen:

Het is een nogal grove en basismethode om de spanning van de batterij te benaderen en je kunt het verder aanpassen om een ​​bereik van de spanning naar keuze te lezen door een extra weerstand toe te voegen in serie met de potentiaalverdeler die over de 5,1V zenerdiode is aangesloten. Op deze manier kunt u meer nauwkeurigheid krijgen op een kleiner bereik, zodat u meer spanningsniveaus over een kleiner bereik kunt identificeren voor echte toepassingen zoals voor een loodzuuraccu.

U kunt ook verschillende gekleurde LED's aansluiten voor verschillende spanningsniveaus en als u een staafdiagram wilt. Ik heb in dit circuit maar één LM324 gebruikt om het simpel te houden, je kunt n aantal comparator-IC's gebruiken en met n weerstanden, in serie met de referentiespanning zenerdiode, kun je zoveel referentiespanningen hebben om mee te vergelijken als je wilt wat de nauwkeurigheid van uw indicator verder zal vergroten.

Bouwen en testen van onze 12V-batterijniveau-indicator

Nu we klaar zijn met het ontwerpen van de schakeling, moeten we deze op de printplaat fabriceren. Als je wilt, kun je het ook eerst op een breadboard testen om te zien hoe het werkt en fouten op te sporen die je mogelijk in het circuit ziet. Als u het gedoe van het samen solderen van alle componenten wilt voorkomen, kunt u ook uw eigen PCB ontwerpen op AutoCAD Eagle, EasyEDA of Proteus ARES of een andere PCB-ontwerpsoftware die u maar wilt.

Omdat de LM324 kan werken met een breed scala aan voedingen, variërend van -3V tot 32V, hoeft u zich geen zorgen te maken over het leveren van een afzonderlijke voeding voor de LM324 IC, dus hebben we slechts één paar PCB-schroefklemmen gebruikt die direct verbonden met de accuklemmen en voed de hele printplaat. U kunt met dit circuit spanningsniveaus controleren van minimaal 5,5 V tot maximaal 15 V. Ik raad je ten zeerste aan om een ​​andere weerstand in serie toe te voegen in de potentiaalverdeler over de zener en het spanningsbereik van elke LED te verkleinen.

Als u het spanningstestbereik wilt vergroten van 12V naar 24V, aangezien de LM324 in staat is tot het testen van een 24V-batterij, hoeft u alleen de spanningsdeelfactor van de spanningsdeler die over de batterij is aangesloten te wijzigen om ze vergelijkbaar te maken met de gegeven spanningsniveaus door het Zener-referentiecircuit en ook, verdubbel de weerstanden die zijn verbonden met de LED's om het te beschermen tegen de hoge stroom die erdoorheen vloeit.

De volledige werking van deze tutorial is ook te vinden in de onderstaande video. Ik hoop dat je de tutorial leuk vond en iets nuttigs hebt geleerd als je vragen hebt, laat ze achter in het commentaargedeelte of je kunt onze forums gebruiken voor andere technische vragen.