Petunjuk tahap bateri sederhana menggunakan op

Di dunia moden, kami menggunakan bateri di hampir setiap alat elektronik dari telefon bimbit genggam anda, termometer digital, jam pintar hingga Kenderaan Elektrik, kapal terbang, satelit, dan bahkan Robot Rovers yang digunakan di Marikh yang baterinya bertahan sekitar 700 sol (hari Martian). Adalah selamat untuk mengatakan tanpa penemuan alat penyimpanan elektrokimia ini aka Bateri, dunia seperti yang kita tahu ia tidak akan wujud. Terdapat banyak jenis bateri seperti Lead-Acid, Ni-Cd, Lithium-Ion, dll. Dengan munculnya teknologi, kita melihat bateri baru dicipta seperti Li-air Battery, Solid State Lithium, dll yang mempunyai lebih tinggi kapasiti simpanan tenaga dan julat suhu operasi yang tinggi. Kami telah membincangkan lebih lanjut mengenai bateri dan bagaimana ia berfungsi dalam artikel kami sebelumnya. Dalam artikel ini, kita akan belajar bagaimana merancang yang ringkas Penunjuk tahap pengecasan bateri 12V menggunakan Op-Amp.

Walaupun tahap Bateri adalah istilah yang samar-samar kerana kita tidak dapat benar-benar mengukur cas yang tersisa di dalam bateri kecuali kita menggunakan pengiraan dan pengukuran yang kompleks menggunakan Sistem Pengurusan Bateri. Tetapi dalam aplikasi mudah, kita tidak mempunyai kaedah mewah ini, jadi kita biasanya menggunakan kaedah Anggaran Tahap Bateri berdasarkan Voltan Litar Terbuka sederhana yang berfungsi dengan sangat baik untuk bateri Asid Lead 12V kerana keluk pelepasannya hampir linier dari 13.8V hingga 10.1V, yang biasanya dianggap sebagai had ekstrem atas dan bawahnya. Sebelumnya kami juga telah membina penunjuk tahap bateri berasaskan Arduino dan rangkaian pemantauan Multiple Cell Voltage, anda juga boleh memeriksanya jika anda berminat.

Dalam projek ini, kami akan merancang dan membina penunjuk tahap bateri 12V dengan bantuan kuad komparator berasaskan OPAMP IC LM324 yang membolehkan kami menggunakan 4 pembanding berdasarkan OPAMP pada satu cip. Kami akan mengukur voltan bateri dan membandingkannya dengan voltan yang telah ditentukan menggunakan IC LM324 dan mendorong LED untuk memaparkan output yang kami dapat. Mari kita melompat ke dalamnya, Benarkah?

Komponen Diperlukan

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4 × Lampu LED (Merah)
• Perintang 1 × 2.5kΩ
• Perintang 5 × 1kΩ
• Perintang 1 × 1.6kΩ
• Perintang 4 × 0.5kΩ
• Pemegang IC 14 Pin
• Terminal Skru PCB
• Papan tulis
• Kit Pematerian

LM324 Quad OPAMP IC

LM324 adalah IC op-amp Quad yang disatukan dengan empat op-amp yang dikuasakan oleh bekalan kuasa biasa. Julat voltan input pembeza boleh sama dengan voltan bekalan kuasa. Voltan offset input lalai sangat rendah iaitu magnitud 2mV. Suhu operasi berkisar antara 0˚C hingga 70˚C pada ambien sedangkan suhu persimpangan maksimum boleh sampai 150˚C. Secara amnya, op-amp dapat melakukan operasi matematik dan boleh digunakan dalam pelbagai konfigurasi seperti Amplifier, pengikut voltan, pembanding, dll. Oleh itu, dengan menggunakan empat OPAMP dalam satu IC, anda akan menjimatkan ruang dan kerumitan litar. Ia boleh dikuasakan oleh satu bekalan kuasa pada julat voltan lebar -3V hingga 32V yang lebih dari cukup untuk pengujian tahap bateri sehingga 24V pada litar ini.

Litar Diagram untuk Petunjuk Tahap Bateri 12V

Litar lengkap yang digunakan dalam penunjuk bateri 12V boleh didapati di bawah. Saya telah menggunakan bateri 9V untuk tujuan ilustrasi dalam gambar di bawah, tetapi menganggapnya sebagai bateri 12V.

Sekiranya anda tidak menyukai litar grafik, anda boleh menyemak gambar di bawah untuk skema. Di sini Vcc dan Ground adalah terminal yang mesti disambungkan ke bateri 12V positif dan negatif masing-masing.

Sekarang, mari kita teruskan dengan memahami cara kerja litar. Demi kesederhanaan, kita dapat membahagikan litar menjadi 2 bahagian yang berbeza.

Bahagian Voltan Rujukan:

Pertama, kita perlu menentukan tahap voltan mana yang ingin kita ukur dalam litar, dan anda boleh merancang litar pembahagi berpotensi berdasarkan perintang anda. Di litar ini, D2 adalah rujukan Zener Diode yang dinilai 5.1V 5W sehingga akan mengatur output hingga 5.1V di seberang. Terdapat 4 Rintangan 1k yang dihubungkan secara bersiri ke GND sehingga sekitar 1.25V penurunan akan ada di setiap perintang yang akan kita gunakan untuk membuat perbandingan dengan voltan bateri. Voltan rujukan untuk perbandingan adalah kira-kira 5.1V, 3.75V, 2.5V, dan 1.25V.

Juga, ada satu lagi rangkaian pembahagi voltan yang akan kita gunakan untuk membandingkan voltan bateri dengan voltan yang diberikan oleh pembahagi voltan yang bersambung di Zener. Pembahagi voltan ini penting kerana dengan mengkonfigurasikan nilainya, anda akan menentukan titik voltan di mana anda ingin menyalakan LED yang sesuai. Di litar ini, kami telah memilih 1.6k Resistor dan 1.0k Resistor secara bersiri untuk memberikan faktor pembahagi 2.6.

Jadi jika had atas Bateri adalah 13.8V, maka voltan sepadan yang diberikan oleh pembahagi berpotensi akan menjadi 13.8 / 2.6 = 5.3V yang lebih daripada 5.1V yang diberikan oleh voltan rujukan pertama dari diod Zener maka semua LED akan menjadi menyala jika voltan bateri 12.5V iaitu tidak dicas sepenuhnya atau tidak habis sepenuhnya, maka voltan yang sesuai akan menjadi 12.5 / 2.6 = 4.8V yang bermaksud ia kurang dari 5.1V tetapi lebih besar daripada tiga voltan rujukan yang lain sehingga tiga LED akan cahaya dan satu tidak akan. Oleh itu, dengan cara ini, kita dapat menentukan julat voltan untuk menyalakan LED individu.

Bahagian Perbandingan dan LED:

Di bahagian litar ini, kami hanya menggerakkan LED yang berbeza untuk tahap voltan yang berbeza. Oleh kerana IC LM324 adalah pembanding berdasarkan OPAMP jadi setiap kali terminal bukan pembalik OPAMP tertentu berpotensi lebih tinggi daripada terminal pembalik, output OPAMP akan ditarik tinggi ke tahap voltan kira-kira VCC yang merupakan voltan bateri dalam kes kita. Di sini LED tidak akan menyala kerana voltan pada kedua-dua Anode dan katod LED sama sehingga tidak ada arus yang akan mengalir. Sekiranya voltan terminal Pembalik lebih tinggi daripada terminal bukan pembalik, maka output OPAMP akan diturunkan ke tahap GND maka LED akan menyala kerana ia mempunyai perbezaan potensi di terminalnya.

Di litar kami, kami telah menghubungkan terminal non-pembalik setiap OPAMP ke perintang 1kΩ litar pembahagi berpotensi yang disambungkan merentasi bateri, dan terminal Pembalik disambungkan ke tahap voltan yang berbeza dari pembahagi berpotensi yang disambungkan di Zener. Oleh itu, setiap kali voltan bateri dibahagikan lebih rendah daripada voltan rujukan OPAMP yang sama, Output akan ditarik tinggi dan LED tidak akan menyala seperti yang dijelaskan sebelumnya.

Cabaran dan Penambahbaikan:

Ini adalah kaedah yang agak kasar dan asas untuk menghampiri voltan bateri dan anda boleh mengubahnya lebih jauh untuk membaca julat voltan pilihan anda dengan menambahkan perintang tambahan secara bersiri dengan pembahagi berpotensi disambungkan di dioda Zener 5.1V, dengan cara ini, anda dapat memperoleh lebih banyak ketepatan pada jarak yang lebih kecil sehingga anda dapat mengenal pasti lebih banyak tahap voltan di julat yang lebih kecil untuk aplikasi dunia nyata seperti untuk bateri asid plumbum.

Anda juga boleh menyambungkan LED berwarna berbeza untuk tahap voltan yang berbeza dan jika anda mahukan graf bar. Saya hanya menggunakan satu LM324 dalam litar ini untuk memastikannya mudah, anda boleh menggunakan n bilangan IC Perbandingan dan dengan perintang n, bersiri dengan voltan rujukan diod Zener, anda boleh mempunyai seberapa banyak voltan rujukan untuk dibandingkan dengan yang anda mahukan yang seterusnya akan meningkatkan ketepatan penunjuk anda.

Membangun dan Menguji Petunjuk Tahap Bateri 12V kami

Sekarang setelah kita selesai merancang litar, kita perlu membuatnya di papan perf. Sekiranya anda mahu, anda juga boleh mengujinya di papan roti terlebih dahulu untuk melihatnya berfungsi dan menyahpepijat kesilapan yang mungkin anda lihat di litar. Sekiranya anda ingin menyimpan kerumitan pematerian semua komponen bersama-sama, anda juga boleh merancang PCB anda sendiri pada AutoCAD Eagle, EasyEDA, atau Proteus ARES atau perisian Perancangan PCB lain yang anda suka.

Oleh kerana LM324 dapat berfungsi pada berbagai bekalan kuasa mulai dari -3V hingga 32V, Anda tidak perlu risau untuk menyediakan bekalan kuasa yang terpisah ke IC LM324 jadi kami hanya menggunakan satu pasang Terminal Skru PCB yang akan disambungkan terus ke terminal bateri dan menghidupkan keseluruhan PCB. Anda boleh memeriksa tahap voltan dari Min 5.5V hingga maksimum 15V dengan menggunakan Litar ini. Saya sangat mengesyorkan anda menambahkan perintang lain secara bersiri dalam pembahagi berpotensi di Zener dan mengurangkan julat voltan setiap LED.

Sekiranya anda ingin meningkatkan julat pengujian voltan dari 12V hingga 24V kerana LM324 mampu menguji bateri hingga 24V, anda hanya perlu menukar faktor pembahagi voltan pembahagi voltan yang disambungkan merentasi bateri untuk menjadikannya setanding dengan tahap voltan yang diberikan oleh litar rujukan Zener dan juga, gandakan Ketahanan yang disambungkan dengan LED untuk melindunginya daripada aliran arus tinggi yang melaluinya.

Penyelesaian lengkap tutorial ini juga terdapat dalam video yang dipautkan di bawah. Semoga anda menikmati tutorial dan mempelajari sesuatu yang berguna jika anda mempunyai sebarang pertanyaan, tinggalkan di bahagian komen atau anda boleh menggunakan forum kami untuk soalan teknikal yang lain.