Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Prosty, jednopunktowy wskaźnik poziomu naładowania baterii

ghost666 30 May 2020 09:50 12906 12
  • Wraz z szybkim rozwojem systemów wbudowanych, a zwłaszcza urządzeń Internetu Rzeczy (IoT), rośnie zapotrzebowanie na ulepszenia systemów akumulatorowych, które je zasilają. W szczególności wiele aplikacji może zyskać na opłacalnym, ale dokładnym mierniku poziomu naładowania akumulatora. Podczas gdy większość zastosowań ogniw w motoryzacji, medycynie czy wojsku wymaga zastosowania kompletnego systemu zarządzania baterią (BMS), wiele innych, prostszych produktów radzi sobie doskonale z prostym wskaźnikiem poziomu naładowania, który informuje użytkownika tylko ogólnie, ile energii jest dostępne do zasilania urządzenia.

    Prosty, jednopunktowy wskaźnik poziomu naładowania baterii
    Rys.1. Jednopunktowy wyświetlacz słupkowy
    stanowi kompaktową i energooszczędną
    alternatywę dla zwykłego wskaźnika baterii
    z wykresem słupkowym.
    Pomysł na opisany poniżej projekt streścić można w jednym zdaniu - wskaźnik poziomu naładowania, który wykorzystuje tylko jedną diodę LED. Ciężko wyobrazić sobie wyświetlacz słupkowy ([i]bar-graph[/b]) wykorzystujący tylko jeden punkt, ale zaprezentowana konstrukcja stanowi prostą, kompaktową, tanią i energooszczędną alternatywę dla zwykłego, zazwyczaj czteropunktowego wskaźnika słupkowego baterii. Układ składa się z pojedynczej diody LED RGB sterowanej przez mały mikrokontroler - w tym przypadku PIC10F220 lub PIC10F222 firmy Microchip, dostępny w kompaktowej, 6-pinowej obudowie. Cały układ udało się zaimplementować na płytce drukowanej o wielkości zaledwie 3,1 mm x 3,2 mm. Dzięki czemu łatwo go zintegrować z istniejącą konstrukcją (patrz rysunek 1).

    Niewielki rozmiar płyty z prototypem układu ułatwia dodawanie konstrukcji do istniejących już produktów, które obecnie nie posiadają miernika stanu baterii. W tym przykładzie jest on zamontowany w obudowie powerbanku z ogniwami litowo-jonowymi.

    Zasada działania konstrukcji jest bardzo prosta. Mikrokontroler PIC mierzy napięcie akumulatora (wykrywane na jego własnym pinie zasilania - VDD) za pomocą wewnętrznego źródła napięcia odniesienia (0,6 V). Pomiar wykonany za pomocą wbudowanego przetwornika ADC wyrażany jest w liczbie opisującej, jaką częścią mierzonego napięcia jest wartość odniesienia 0,6 V. Z uwagi na to, że pomiar zwracany jest jako stosunek 0,6 V do VDD, to wraz ze wzrostem napięcia zasilającego, wynik pomiaru będzie się zmniejszać i odwrotnie - jest to typowa zależność typu 1/x. W nocie aplikacyjnej Microchipa (AN1072) opisano w pełni, w jaki sposób z tej wartości uzyskać napięcie VDD.

    Podobnie jak w przypadku każdego miernika stanu naładowania akumulatora, konstrukcja ta również musi uwzględniać nieliniową krzywą napięcia względem stanu naładowania wykazywaną przez akumulatory litowo-jonowe przy wyborze napięć progowych, przy których mikrokontroler wyświetli kolejny kolor, który odpowiada stanowi naładowania akumulatora (czerwony, żółty i zielony lub niebieski). Aby uniknąć trudności związanych z używaniem ograniczonych możliwości matematycznych PIC do obliczania stanu naładowania za każdym razem, gdy mierzone jest VDD, autor stworzył tabelę odnośników, która może być przechowywana w pamięci programu PIC. Tabela (dostępna jest na stronie z projektem - link na dole) została utworzona za pomocą Excela i obejmuje jedynie zakres napięć oczekiwanych od prawidłowo działającego akumulatora, w tym przypadku są to napięcia od 2,9 V do 4,3 V. Zmierzone za pomocą 8-bitowego ADC wbudowanego w PICa, napięcia te dadzą wartości wyjściowe między 52 a 35.

    Prosty, jednopunktowy wskaźnik poziomu naładowania baterii
    Rys.2. Korzystanie z tabeli przeglądowej może uprościć obliczenia stanu naładowania akumulatora.


    Aby zminimalizować zużycie energii, w projekcie zastosowano diodę LED RGB o wysokiej jasności. Mikrokontroler skonfigurowany jest do pozostawania w trybie uśpienia, dopóki nie otrzyma okresowego przerwania od timera nadzorującego (mniej więcej raz na sekundę). Po przebudzeniu z trybu uśpienia kontroler mierzy napięcie obecne na pinie VDD i krótko mruga odpowiednią diodą LED (1 ms przez około 0,25 s), ustawiając piny diody związane z kolorem odpowiadającym wartości ostatniego pomiaru.

    Do pobrania ze strony z projektem dostępne są dwie wersje kodu źródłowego asemblera dla mikrokontrolera, dzięki czemu można sterować diodami LED RGB ze wspólną anodą lub katodą. Listingi są w pełni pokomentowane, a kod zoptymalizowany pod względem wielkości. Firmware używa makr, aby ułatwić odczyt napięcia. Oprogramowanie zajmuje tylko 85 słów kodu i 3 bajty danych, co ułatwia wdrożenie go w dowolnej aplikacji i niemalże w każdym układzie. Co więcej, dzięki temu kompaktowemu rozwiązaniu, podobne zaaplikować można na dowolnym innym małym mikrokontrolerze.

    Źródło: https://www.edn.com/simplify-the-battery-gauge-with-a-1-dot-bar-graph-display/

    Od redaktora: Postanowiłem tutaj od razu odpowiedzieć na kwestie, które - jak znam użytkowników naszego Forum - na pewno zostaną poruszone. Układ ten da się zrealizować na kilku komparatorach i ew. bramkach logicznych. Rozwiązanie to będzie jednak droższe i zajmie więcej miejsca na PCB niż pojedynczy mikrokontroler w obudowie SOT23 czy podobnej. Nie mówiąc już o tym, że w takim uC da się zawrzeć ciut więcej logiki sterującej, jeśli się chce. Zwiększając odrobinę układ można zrobić np. zabezpieczenie przed zbyt głębokim rozładowaniem ogniwa itp.

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10365 posts with rating 8656, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.
  • CSICSI
  • #2
    omin172
    Level 14  
    ghost666 wrote:
    jednopunktowy


    To nie jest najszczęśliwsze określenie w tym przypadku. I wprowadzające w błąd.
  • #3
    vodiczka
    Level 43  
    omin172 wrote:
    To nie jest najszczęśliwsze określenie w tym przypadku. I wprowadzające w błąd.
    Dokładnie. Różnica podobna jak pomiędzy zdjęciem czarnobiałym i kolorowym ;)
  • CSICSI
  • #5
    SylwekK
    Level 31  
    Parę lat tremu na attiny13 zrobiłem sobie wskaźnik napięcia na jednej led (żółtej), który odzwierciedla 7 stanów akumulatora poprzez odpowiednie miganie i wbrew pozorom nie trzeba liczyć 7 mignięć :) Szybko wiadomo jaki jest stan aku, a całość jest bardziej ergonomiczna niż by się mogło wydawać :) Mam to zamontowane przy dodatkowym akumulatorze od aparatu, którym filmuję.
  • #6
    mipix
    Level 33  
    SylwekK wrote:
    odzwierciedla 7 stanów akumulatora

    Napisz coś więcej. Jedno mignięcie = pusta, 7 mignięć = pełna?
  • #7
    SylwekK
    Level 31  
    @mipix, Pomyliłem się... nie 7 stanów tylko 8 wskazuje :). Wykorzystuje wskaźnik do gripa (7,4V 2s2p 18650) od kamery i już kilka lat się sprawdza doskonale. Napięcia dobrane doświadczalnie podczas normalnej pracy kamery, a więc dość dobrze odwzorowuje stan aku.
    Opisałem sobie to kiedyś tak jak poniżej:

    Quote:
    Gdy napięcie:
    > 9V alarm zbyt wysokiego napięcia (bardzo krótkie błyski co 0,5s, można resetować tylko przez odłączenie zasilania) - ryzyko uszkodzenia elektroniki zamiennika (pomocne w przypadku zasilania z zewnętrznego zasilacza).
    < 9V - świeci ciągle
    < 7,6V - 1 błysk co 2s (właściwie przygaszenie, dotyczy też kolejnych stanów)
    < 7,35V - 2 błyski co 2s
    < 7,15V - 3 błyski co 2s
    < 6,9V - 4 błyski co 2s
    < 6,7V - błyska bez przerwy - lepiej nie ryzykować i szukać zapasowych akumulatorów :)
    < 6,4V - alarm krytycznie niskiego napięcia (bardzo krótkie błyski co 0,5s, można resetować tylko przez odłączenie zasilania) Baaaaardzo duże ryzyko wyłączenia podczas nagrywania i uszkodzenia akumulatora.


    Jak widać wystarczy umieć liczyć do czterech - taka liczba nie jest jeszcze bardzo absorbująca i spokojnie można nawet kątem oka policzyć gdy nie patrzy się bezpośrednio na wskaźnik. Przygaszenia są bardzo wyraźne. Jak miga ciągle to też nie da się przeoczyć. Podobnie miganie kryzysowe - jest bardzo charakterystyczne w porównaniu z tym normalnym i też nie da się nie zauważyć. Jak wspominałem, korzystam z tego kilka ładnych lat i nigdy mnie wskaźnik nie zawiódł, a ze dwa trzy razy na awaryjnym już sygnalizowało - nie miałem możliwości zaprzestać nagrywania i musiałem (na szczęście niedługo) ryzykować :)
  • #8
    zett1
    Level 15  
    omin172 wrote:
    ghost666 wrote:
    jednopunktowy


    To nie jest najszczęśliwsze określenie w tym przypadku. I wprowadzające w błąd.
    Nie za bardzo kumam... jeden punkt zmieniający kolory... nie jest jednopunktowym wyświetlaczem? ;) Przyglądasz się diodzie smd RGB z użyciem silnej lupy ?
  • #9
    omin172
    Level 14  
    zett1 wrote:
    omin172 wrote:
    ghost666 wrote:
    jednopunktowy


    To nie jest najszczęśliwsze określenie w tym przypadku. I wprowadzające w błąd.
    Nie za bardzo kumam... jeden punkt zmieniający kolory...


    Przyjęło się (a może to jest w metrologii unormowane), że określeniem jeden punkt wskazuje się na jeden punkt na osi (np. napięcia) i oznacza to jedną konkretną wartość (np. konkretne napięcie). A tu ta jedna dioda przekazuje kilka różnych wartości, a więc kilka różnych punktów na osi.
  • #10
    zett1
    Level 15  
    Łał ;) No ale zdaje autor wątku nie pisze kolejnego rozdziału podręcznika metrologii.
  • #11
    omin172
    Level 14  
    zett1 wrote:
    Łał ;) No ale zdaje autor wątku nie pisze kolejnego rozdziału podręcznika metrologii.


    A cóż to ma do rzeczy? Znaczy jeśli się nie pisz słownika ortograficznego albo podręcznika do gramatyki, to można nie stosować reguł językowych?

    Kolego, to jest forum techniczne, a pojęcie punktu w znaczeniu metrologicznym jest stosowane nie tylko przez ścisłych metrologów. Bynajmniej.
  • #13
    zett1
    Level 15  
    A kto cię nauczył cytowania poprzedzającego postu??
    Ja od kilkunastu lat myślałem, ze to forum wędkarskie.
    Problem z nazwą mają tylko pewne osoby. Do plamki w oscyloskopie też się wtrącił. Mamy wyświetlacz, wskaźnik, jak kto woli. Bez osi. Z mojej strony na tyle. Bynajmniej. (cytuję purystę technicznego). I może niech autor dorobi do prototypu oś, będzie poprawnie.