Как собрать устройство для зарядки и тестирования Li-Ion аккумуляторов. Какие функции выполняет это устройство. Как работает схема на микроконтроллере PIC16F873A. Какие компоненты используются в конструкции.
Назначение и возможности устройства
Данное устройство предназначено для зарядки и тестирования литий-ионных (Li-Ion) аккумуляторов с номинальным напряжением 3,7 В. Оно позволяет выполнять следующие функции:
- Полная зарядка аккумулятора
- Измерение реальной емкости аккумулятора
- Определение внутреннего сопротивления
- Автоматический цикл зарядки-разрядки-зарядки
- Отображение информации на ЖК-дисплее
- Звуковая сигнализация об окончании цикла
Устройство позволяет проверить, насколько реальная емкость аккумулятора соответствует заявленной номинальной. Это особенно актуально для б/у и восстановленных аккумуляторов.
Принцип работы устройства
Алгоритм работы устройства включает следующие этапы:
- Определение наличия подключенного аккумулятора
- Полная зарядка аккумулятора
- Полная разрядка с измерением емкости и внутреннего сопротивления
- Повторная полная зарядка
- Звуковая сигнализация об окончании цикла
Зарядка осуществляется импульсным током около 300 мА. В паузах между импульсами микроконтроллер измеряет напряжение на аккумуляторе. Разрядка производится током примерно 200 мА.
Схема устройства
Основой устройства является микроконтроллер PIC16F873A. Схема также содержит следующие ключевые компоненты:
- ЖК-дисплей на 2 строки по 16 символов
- Кварцевый резонатор для тактирования микроконтроллера
- Транзисторные ключи для управления зарядом/разрядом
- Делитель напряжения для измерения напряжения аккумулятора
- Нагрузочный резистор для разряда
- Пьезоизлучатель для звуковой сигнализации
Питание устройства осуществляется от стабилизированного блока питания 12 В. Потребляемый ток не превышает 250 мА.
Особенности работы схемы
Как работает схема устройства на основе микроконтроллера PIC16F873A?
Микроконтроллер управляет всеми процессами и выполняет измерения. Он включает зарядный ток через транзисторный ключ VT1-VT2. В паузах между импульсами заряда контроллер измеряет напряжение на аккумуляторе через делитель R1-R2-R3.
При разряде включается транзистор VT3, подключающий нагрузочный резистор R10. Микроконтроллер измеряет время разряда и рассчитывает емкость. Внутреннее сопротивление определяется по падению напряжения при подключении нагрузки.
Вся информация выводится на ЖК-дисплей. По окончании цикла подается звуковой сигнал через пьезоизлучатель.
Программирование микроконтроллера
Как запрограммировать микроконтроллер PIC16F873A для данного устройства?
Программа для микроконтроллера может быть написана на языке C или ассемблере. Основные функции, которые должна выполнять программа:
- Управление ЖК-дисплеем
- Измерение напряжения через АЦП
- Управление зарядным и разрядным ключами
- Расчет емкости и внутреннего сопротивления
- Отсчет времени
- Звуковая сигнализация
Для программирования можно использовать среду MPLAB X IDE и компилятор XC8. Прошивка загружается в микроконтроллер через программатор PICkit.
Изготовление устройства
Как собрать данное зарядное устройство своими руками?
Для сборки потребуются следующие компоненты:
- Печатная плата
- Микроконтроллер PIC16F873A
- ЖК-дисплей 16×2
- Транзисторы, резисторы, конденсаторы по схеме
- Кварцевый резонатор
- Пьезоизлучатель
- Разъемы для подключения аккумулятора
Монтаж выполняется на печатной плате согласно принципиальной схеме. Особое внимание нужно уделить качеству пайки. После сборки необходимо тщательно проверить монтаж и отсутствие коротких замыканий.
Настройка и калибровка
Что нужно сделать для настройки готового устройства?
После сборки необходимо выполнить следующие шаги по настройке:
- Настроить контрастность ЖК-дисплея подстроечным резистором
- Откалибровать измерение напряжения с помощью эталонного вольтметра
- Проверить токи заряда и разряда
- Настроить порог отключения при полном заряде (4,2В)
- Настроить порог окончания разряда (3В)
Калибровка выполняется программно путем корректировки коэффициентов в прошивке микроконтроллера. После настройки устройство готово к использованию.
Преимущества и недостатки
В чем основные достоинства и ограничения данного устройства?
Преимущества:
- Автоматический цикл тестирования аккумуляторов
- Измерение реальной емкости
- Определение внутреннего сопротивления
- Информативный ЖК-дисплей
- Простота конструкции
Недостатки:
- Работа только с Li-Ion аккумуляторами 3,7В
- Отсутствие интерфейса для подключения к компьютеру
- Фиксированный ток заряда/разряда
Несмотря на ограничения, устройство позволяет эффективно тестировать Li-Ion аккумуляторы и выявлять экземпляры со сниженной емкостью.
Измеритель ёмкости Li-Ion аккумуляторов на микроконтроллере PIC16F873A
Чтобы проверить, насколько реальная ёмкость Li-Ion аккумулятора соответствует номинальной, и предназначен этот прибор.
Устройство, описание которого приводится далее,позволяет производить зарядку Li-Ion аккумуляторов с номинальным напряжением 3,7 В. При этом измеряются их ёмкость и внутреннее сопротивление. Алгоритм работы устройства следующий: определение наличия аккумулятора, полная зарядка, разрядка (при этом измеряются внутреннее сопротивление и ёмкость аккумулятора) и последующая зарядка. Об окончании цикла оповещает звуковой сигнал.
Рис. 1. Схема устройства
Схема устройства показана на рис. 1. Оно собрано на микроконтроллере DD1 PIC16F873A [1] и двухстрочном ЖКИ-модуле HG1 [2], по 16 символов в каждом. Конденсаторы С1, С4, С6 — блокировочные по цепи питания. Тактовую частоту микроконтроллера задают кварцевый резонатор ZQ1 и конденсаторы С2, С5. На резисторах R12 и R13 собран регулятор яркости подсветки ЖКИ.
На резисторах R8, R9, R11 собран регулятор контрастности изображения ЖКИ. Резисторы R1, R2 и конденсатор С3 образуют делитель напряжения аккумулятора. Эта цепь подключена к входу АЦП микроконтроллера. Резисторы R3, R5-R7 и транзисторы VT1 и VT2 образуют цепь зарядки аккумулятора, резистор R7 — токоограничивающий. Резистор R10 (нагрузочный) и транзистор VT3 образуют цепь разрядки аккумулятора.
Рис. 2. Сообщение на ЖКИ-индикаторе
При подаче на устройство питающего напряжения на ЖКИ выводится сообщение «BATTERY TESTER (рис. 2). При подключении аккумулятора устройство определяет его наличие по остаточному напряжению и включает цикл зарядки и измерения (рис. 3). Далее происходит зарядка аккумулятора током около 300 мА. Причём она производится импульсами тока с малой скважностью (рис. 4). В паузах между импульсами микроконтроллер измеряет напряжение на аккумуляторе. На рис. 4 канал А (жёлтый) — напряжение на аккумуляторе, канал В (синий) — сигнал на линии RC2 микроконтроллера (управление цепью зарядки), канал С — сигнал на линии RC1 микроконтроллера (управление цепью разрядки, в данном случае напряжение сигнала равно нулю).
Рис. 3. Сообщение на ЖКИ-индикаторе
Рис. 4.
Как только напряжение на аккумуляторе достигнет 4,2 В, устройство перейдёт в режим разрядки током около 200 мА (рис. 5). Когда начинается разрядка аккумулятора, включается отсчёт времени. Каждую секунду микроконтроллер измеряет напряжение на аккумуляторе. Как только напряжение на аккумуляторе уменьшится до 3,7 В, микроконтроллер производит расчёт внутреннего сопротивления, которое рассчитывается по формуле R = dU/I, где dU — разность напряжений на аккумуляторе под нагрузкой и без неё; I — ток, протекающий через аккумулятор под нагрузкой.
Рис. 5.
Как только напряжение на аккумуляторе уменьшится до 3,2 В, микроконтроллер произведёт расчёт ёмкости и внутреннего сопротивления аккумулятора. Далее устройство начнёт зарядку аккумулятора. После её окончания устройство прекратит подачу тока на аккумулятор и выдаст прерывистый звуковой сигнал. На ЖК-индикаторе будут отображаться значения ёмкости и внутреннего сопротивления аккумулятора (рис.
6).
Рис. 6. Сообщение на ЖКИ-индикаторе
Налаживание прибора сводится к установке необходимой яркости подсветки ЖКИ резистором R13 и контрастности изображения резистором R9.
Питание устройства осуществляется от стабилизированного блока питания 12 В, потребляемый устройством ток не превышает 250 мА.
Литература
1. PIC16F87XA Data Sheet 28/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers. — URL: http://akizukidenshi.com/download/PIC16F 87XA.pdf (26.08.2021).
2. Wh2602B-YYH-CTK. — URL: http:// www.avislab.com/blog/lcd/ (26.08.2021).
Автор: В. Турчанинов, г. Севастополь
Схемы на микроконтроллерах, самодельные устройства и программаторы (Страница 7)
Программаторы Узлы и модули
Схема вольтметра-амперметра на микроконтроллере PIC16F877A (до 25В, 2,5А)
В некоторых старых лабораторных блоках питания, других приборах, применялись спаренные стрелочные индикаторы. Они представляли собой общий корпус, в котором расположены две магнитодинамические индикаторные системы.
0 4265 0
Часы с термометром и таймером на PIC-микроконтроллере PIC16F873A
Предлагаемое устройство отсчитывает время, измеряет температуру в доме и на улице, выключает по истечении заданного времени сетевую нагрузку. Оно просто в изготовлении. Вся информация выводится на светодиодный индикатор, который видно как днем, так и ночью, как вблизи, так и издалека. В продаже …
2 6333 2
Игровой автомат Кто Быстрее на микроконтроллере PIC16F628A
Приведена схема самодельного игрового автомата Кто Быстрее, который рассчитан на четырёх игроков. Позволяет определить с 1-го по 4-ое места и измерить время реакции каждого игрока после подачи звукового и светового сигнала. Техническое описание прибора Принципиальная схема прибора изображена …
1 3608 0
Принципиальная схема самодельного устройства, которое поможет оживить МК и восстановить значения FUSE-битов после последовательного программирования.
Среди радиолюбителей вот уже несколько лет заслуженной популярностью пользуются микроконтроллерыAtmel AVR. Особенностью этих МК является …
5 8598 4
Самодельный спидометр и тахометр на базе Arduino с дисплеем 1602А
Здесь описывается цифровой прибор, измеряющий скорость движения автомобиля и частоту вращения коленвала его двигателя. Индикатором служит ЖК-дисплей типа 1602А, он стандартный, на основе контроллера HD44780. Обозначение 1602А фактически значит, что он на две строки по 16 символов в строке …
2 9449 2
Простой частотомер на основе Arduino UNO (0-1МГц)
Приводится описание частотомера, измеряющего частоту до 1 МГц, построенного на основе платы Arduino UNO. Но, прежде всего, хочу напомнить, что Arduino UNO это небольшая печатнаяплата, на которой расположен микроконтроллер ATMEGA328, а так же вся его «обвязка», необходимая для его работы …
4 14332 9
Вольтметр и тахометр для автомобиля на основе Arduino UNO
Принципиальная схема и описание самодельного вольтметра и тахометра на основе платформы Arduino UNO, хорошая самоделка для вашего автомобиля.
У очень многих современных автомобилей нет ни тахометра ни вольтметра. Возможно, производители и правы, и знать водителю частоту вращения коленвала …
1 5336 2
Два вольтметра с одним дисплеем 1602A на Arduino UNO
Описано как собрать самодельный двойной вольтметр на основе платформы Arduino UNO с использованием ЖК-дисплея 1602A. В некоторых случаях необходимо измерять одновременно два постоянныхнапряжения и сравнивать их. Это может потребоваться, например, при ремонте или налаживании стабилизатора …
0 4673 0
Схема таймера на микроконтроллере ATINY2313 для тепловых пушек
Рассмотрена принципиальная схема реле времени для управления тепловыми пушками, она выполнена на базе микроконтроллера AVR. Описан принцип работы схемыреле времени, алгоритм его работы, а также рассмотрен программный код для микроконтроллера. Конструкция тепловой пушки (тепловентиляторы …
0 3746 2
Простой вольтметр на микроконтроллере для автомобиля (PIC16F1827)
На приборной панели большинства автомобилей нет вольтметра, есть только лампочка, которая горит когда напряжение сильно снижается.
0 3793 0
1 … 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Microchip PIC16F873A-I/SS, 8bit PIC Microcontroller, PIC16F, 20MHz, 8kB Flash, 28-Pin SSOP
Посмотреть все Микроконтроллеры
94 В наличии для доставки в течение 3 рабочих дней Цена каждая (в пакете 2)
HK $ 78,735
| единиц | за единицу | за пакет* |
| 2 — 10 | HK $ 78.735.735.735.735.7359.735.735.7359.735.735.70027 | . |
| 12 — 22 | HK$77.005 | HK$154.01 |
| 24 + | HK$75.35 | HK$150.70 |
| *price indicative | ||
Packaging Options:
checkmarkStandard Pack
empty-checkmarkProduction Pack
- RS Складской номер:
- 199-5406
- Произв. Деталь №:
- PIC16F873A-I/SS
- Производитель:
- Microchip
Product overview and Technical data sheets
- docPdfDatasheet — PIC16F873A-I/SS
- docZipSchematic Symbol & PCB Footprint
Legislation and Compliance
Product Details
The Microchip PIC16F873A enhanced flash микроконтроллер имеет 28-контактный корпус.
Он работает в диапазоне напряжений от 2,0 В до 5,5 В. В этом микроконтроллере половина всей встроенной памяти и три порта ввода/вывода. Он имеет 4 КБ флэш-памяти программ, 192 байта памяти данных и 128 байт EEPROM.
Полностью статическая конструкция
Высокоскоростная технология Flash/EEPROM с низким энергопотреблением
100 000 циклов стирания/записи Расширенная флэш-память программ, тип. под программным управлением
Внутрисхемное последовательное программирование™ (ICSP™) через два контакта
Однополярное внутрисхемное программирование 5 В
Сторожевой таймер (WDT) с собственным встроенным RC-генератором для надежной работы
Программируемая кодовая защита
Энергосбережение Спящий режим
Выбираемые опции генератора
Внутрисхемная отладка (ICD) через два контакта
Схема обнаружения пониженного напряжения для сброса при пониженном напряжении (BOR)
Низкое энергопотребление
Диапазон температур от -40° C и +85 ° C
SSOP Пакет
0135 Package Type
Он разработан с использованием микроконтроллера PIC16F877A для уменьшения количества внешних компонентов, таких как внешний АЦП, операционный усилитель, большое количество резисторов и конденсаторов. Меньшие внешние компоненты увеличивают отклик и стабильность схемы. А также снизить энергопотребление, шум. Предполагается, что читатель прошел проект «Как начать работу с PIC» и сделал все, что в нем обсуждалось.
2 U2) представляет собой маломощный, высокопроизводительный 40-битный микроконтроллер CMOS flash 8-8 PDIP, . Важной особенностью этого является наличие памяти данных EEPROM объемом 256 байт. Его другие функции включают 368 байт памяти данных, 33 контакта ввода-вывода, программируемую кодовую защиту, 16-битный таймер-счетчик с 8-битным предварительным делителем, два 8-битных таймера-счетчика с 8-битным предварительным делителем, WDT с собственным встроенным RC. осциллятор для надежной работы и синхронный порт I2C.
Катод Д17 соединен с катодами Д10, Д11 и Д12, аноды которых соединены с положительным полюсом аккумуляторов. Диод D17 используется для отделения отфильтрованного напряжения от напряжения считывания сети, а диоды D10, D11 и D12 предназначены для предотвращения нерегулируемых переходов питания к батареям, когда сеть переменного тока включена. Конденсатор С13 шунтирует пульсации, если они есть в регулируемом блоке питания. Светодиод (D20) действует как индикатор включения питания. Резистор R28 ограничивает ток через светодиод.
Подключение батареи к контакту 3 обеспечивает резервное питание от батареи.
Линии данных D0-D7 ЖК-дисплея подключены к порту B PIC 16F877A (U2). Сброс (RS), включение (E) и линии управления (RW) подключены к контактам порта RD0, RD2 и RD1 соответственно. Линии управления контролируют поток данных от микроконтроллера к ЖК-дисплею. Используя предустановку R4, установите контрастность ЖК-дисплея для правильного отображения.
Комнатная температура определяется LM35 и отображается на ЖК-дисплее (показан на рис.3). Одновременно текущее время считывается с RTC IC DS1307 (U3) и отображается на ЖК-дисплее (показан на рис.3). Когда температура в помещении поднимается выше 45°C, микроконтроллер подает непрерывный сигнал тревоги, а также отключается выход.
Напряжение сети измеряется с нефильтрованного выхода мостового выпрямителя. На ЖКИ отображаются измеренные значения напряжения батареи 3 и сети (показан на рис.5). Когда напряжение батареи ниже 50%, контроллер подает непрерывный сигнал тревоги. В случае отказа сети контроллер переключает выход с сети на питание от батареи через реле.
c»
