Автоматическое зарядно-тренирующее устройство и измеритель ёмкости для 12V герметичных аккумуляторов (ATMEGA8)

Приветствую всех читателей Датагор.ру и любителей электроники!
Сегодня я хочу продемонстрировать вам устройство, которое зародилось благодаря статье Александра (koan51) о способе проверки ёмкости 12-вольтовых аккумуляторных батарей. Прочитав всё вдоль и поперёк, я решил устройство немного «допилить» и «отполировать» под себя.

Меняю PIC контролера на любимый AVR, 7-сегментные индикаторы на знаковый LCD, ну и дорабатываю программный код в плане расширения функционала касаемо калибровок и прочих мелочей.

Ну-с, товарищи паятели, берём статью, железяки, паяльник и поехали! :bye:

↑ Немного лирики

Я давно хотел собрать прибор для проверки 12В/7Аh аккумуляторных батарей (АКБ), т.к. на работе их накопилось немало, а качество закупаемых батарей не всегда доходит до приемлемого уровня. И вдруг я наткнулся на датагорскую статью от koan51. Идея прибора проста: заряжать и разряжать батарею фиксированным током, измеряя время в процессе работы при контроле напряжения. Зная все три величины, можно измерить ток по простой формуле — время, умноженное на ток.
Набросал схему, основываясь на статье Александра.

↑ Принципиальная схема автоматического зарядно-тренирующего устройства на МК

Как видно по схеме, управляющие/контролирующие цепи тока заряда и разряда АКБ остались прежними, только собраны они на регуляторах LM317 вместо LM7805 и MOSFET ключи Q1, Q3 применены несколько иной марки.

Токами зарядки и разрядки можно управлять резисторами R1, R9. При данных на схеме сопротивлениях в 1,25 Ом, ток через стабилизатор составит около 1 Ампера. Я нашёл в магазине лишь 1,5 Омные резисторы, которые выдали мне 833 мА, его и запишем в прибор, т.к. в программе заложен функционал для калибровки всех токов, но об этом позже.

Элементы U1, U2, U3 прикреплены на радиатор с маленьким вентилятором, который питается от двух ножек МК в 5 В (решил, что особо сильно крутить кулер не нужно, нагрев радиатора не такой сильный, да и шума много будет, а две ноги от МК с запасом покрывают максимально допустимый нагрузочный на порт МК ток).

Питание прибора осуществляется от импульсного БП, который ранее обеспечивал питанием какой-то небольшой ЖК монитор. Однако мне пришлось поднять ему напряжение, немного изменив делитель напряжения на TL431, т.к. он выдавал всего 19 В (3А) и также понадобилось перепаять выходные конденсаторы на 35 В, после чего он стал выжимать все 24 В на ура!

Сам микроконтроллер ATMEGA8 питается стабилизированным в 5 В напряжением от 7805 (U3). Защитный диод D1 служит для предотвращения протекания тока от АКБ обратно в импульсник при отсутствии внешнего источника питания.

Дополнительно в схему был давлен зуммер LS1, который пищит на каждом шаге работы устройства, что удобно при длительной его работе, сидишь рядом, не глядя на него, и слышишь, как он переходит от этапа к этапу, удобно.

Также была добавлена индикации состояния ключей (идёт зарядка – горит зелёный или разрядка – горит красный) состоящая из двух светодиодов.

↑ Управление

Управление реализовано на трёх кнопках «MODE», «START» и «RESET». Кнопкой «MODE» можно переключать шаги работы с 1 до 4, кнопка «START» служит для начало проведения замеров (во время проведения замеров, при нажатии данной кнопки, прибор покажет историю токов на каждом шаге), а кнопка «RESET» (её нужно удерживать пару секунд) сбрасывает программу устройства, в начальное состояние, очищая также историю.

↑ Логика работы программы

Логика работы проста и состоит из 4 этапов:
STEP 1 — разряд АКБ до напряжения 10.7В;
STEP 2 — заряд АКБ до напряжения 15В;
STEP 3 — разряд АКБ до напряжения 10.7В;
STEP 4 — заряд АКБ до напряжения 15В.
 — На каждом этапе, происходит измерение времени.
 — Контролируется напряжение на АКБ.
 — Можно пропустить не нужные шаги, перейдя сразу на 2, 3 или 4 шаг.
 — Основным показателем состояния АКБ будет емкость, измеренная на третьем шаге.

В случае пропадания контакта с АКБ или же короткого замыкания клемм, прибор остановит свою работу и высветит «ERROR» ошибку.

↑ Технические характеристики

Программу я изначально старался писать как можно более универсальной. Прочитав про реализацию калибровки на основе EEPROM из статьи Александра, я решил завести специальное меню калибровки т.к. LCD позволяет всё красиво нарисовать и показать.
 — Максимальное время таймера: до 100 часов.
 — Диапазон калибровки напряжений: 3.0 – 20.0 В, шаг 100 мВ.
 — Диапазон калибровки тока заряда/разряда: 100 – 10 000 мА, шаг 1 мА.
 — Максимальный ток заряда/разряда: ограничен LM317, в 1,5А. (можно добавить мощный транзистор с увеличенными по мощности резисторами R1 и R9, который увеличит его вплоть до 10А).

↑ Конструкция устройства

Так как я любитель упаковывать все детали в как можно меньший корпус, мне пришла на ум идея опробовать «буржуйский» способ производства корпусов из текстолита Алексея (AlexD). :yahoo:

Процесс производства мне показался несколько утомительным, однако результат впечатляет. После покраски корпус стал прям как заводской! Но, пожалуй, я буду использовать данный метод только для маленьких корпусов, всё-таки цена на текстолит кусается.
Не обращайте внимания на особые текстуры моих стен, у меня идёт ремонт!








































Радиатор с кулером нашёл, грубо говоря, на мусорке, от древнего компа времён динозавров, который подошёл как нельзя лучше.

Все компоненты прибора разделил на логические блоки: импульсный БП, основная плата, система охлаждения и периферия.
Вовнутрь корпуса уложил пластиковый изолятор и закрепил всё винтиками между собой. Вот она, мания всё делать компактно.

Размеры текстолита для самодельного корпуса:
Лицевая сторона: 64×147 мм.
Торцы: 64×52 мм.
Боковины: 52×147 мм.
Низ: 60×145 мм.

↑ Фьюзы для МК

Микроконтроллер ATMEGA8 работает от внешнего кварца на 4,096 МГц. Данная частота выбрана для более точного расчета времени.
Необходимо выставить соответствующие фьюзы в нём при его прошивке.

↑ Калибровка устройства

Калибровка заключается в измерении тока заряда/разряда АКБ, и внесения значений тока и диапазона напряжений АКБ в энергонезависимую EEPROM память прибора. Суть в том, что резисторы R1, R9 могут отличаться по номиналу друг от друга, следовательно, у каждого режима будет свой ток, поэтому необходимо измерить на месте все токи и внести их в прибор.

1. После сборки всех элементов, подаётся питание на устройство, при этом АКБ отключена от прибора, на экране высветится ошибка «ERROR», говорящая о том, что батарея не найдена, это нормально.

2. Подключаем батарею последовательно с амперметром к контактам прибора и нажимаем на кнопку «START», записывая на бумажку ток разряда АКБ.

3. Сбрасываем устройство удержанием кнопки «RESET» в течение пары секунд и с помощью кнопки «MODE», выбираем «STEP 2» т.е. зарядка.

4. Нажимаем «START» и замеряем ток заряда АКБ.

5. Отключаем питание прибора от сети вообще.

6. Зажимаем кнопки «MODE» и «START», после подаём питание прибору.

7. Высветится надпись «CALIBRATING MODE», отпускаем все кнопки.

8. Далее вводим в прибор измеренные значения тока заряда и разряда АКБ, и необходимые значения напряжений заряда/разряда АК (кнопка «MODE» переключает меню, кнопки «START» и «RESET» служат как +/- значений.)

9. После 5-го по счёту нажатия кнопки «MODE», прибор пискнет и перейдёт в рабочий режим, сохранив в своей памяти EEPROM введённые данные.

Примечание: в режиме калибровки, при настройке тока, кнопки +/- можно зажимать на пару секунд, они перейдут в режим быстрого изменения значений, примерно 100 мА в секунду.

На этом калибровка закончена, можно выдохнуть.

↑ Видео зарядного устройства в работе

↑ Файлы

🎁 Прошивка hex  7.77 Kb ⇣ 187
🎁 Проект в Протеусе  26.07 Kb ⇣ 156
🎁 Печатная плата в lay  42 Kb ⇣ 193
🎁 Исходник в CodeVision  209.75 Kb ⇣ 177

↑ Заключение

Осталось сделать лицевую наклейку, но руки так и не дошли до неё. В целом, работой прибора я остался доволен, однако думаю в будущем собрать модуль для данного прибора, с большим радиатором внутри, дабы повысить токи, скажем, до 5 Ампер, т.к. время проверки одной батареи занимает весь день, а их может быть с десяток штук под рукой.

На этом всё, спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации