Enkel batterinivåindikator ved bruk av op

I den moderne verden bruker vi batterier i nesten alle elektroniske apparater fra din håndholdte mobiltelefon, digitalt termometer, smartklokke til elektriske kjøretøyer, fly, satellitter og til og med Robotic Rovers som brukes på Mars, hvis batteri varte rundt 700 soler (Mars-dager). Det er trygt å si uten oppfinnelsen av disse elektrokjemiske lagringsenhetene aka Batteries, verden slik vi kjenner den ikke ville eksistere. Det er mange forskjellige typer batterier som bly-syre, Ni-Cd, litiumion osv. Med teknologien ser vi nye batterier oppfunnet som Li-air-batterier, solid state-litiumbatterier osv. Som har høyere energilagringskapasitet og høyt driftstemperaturområde. Vi har allerede diskutert mer om batterier og hvordan de fungerer i våre tidligere artikler. I denne artikkelen vil vi lære å designe en enkel12V batterinivåindikator ved bruk av Op-Amp.

Selv om batterinivået er et tvetydig begrep fordi vi ikke virkelig kan måle ladningen som er igjen i batteriet, med mindre vi bruker komplekse beregninger og målinger ved hjelp av et batteristyringssystem. Men i enkle applikasjoner har vi ikke den luksusen av denne metoden, så vi bruker vanligvis en enkel åpen kretsspenningsbasert beregningsmetode for batterinivå som fungerer veldig bra for blysyre 12V batterier, da utladningskurven er nesten lineær fra 13,8V til 10,1V, som vanligvis regnes som dens øvre og nedre ekstreme grenser. Tidligere har vi også bygd en Arduino-basert batterinivåindikator og en overvåkningskrets for flere celler, du kan også sjekke dem ut hvis du er interessert.

I dette prosjektet vil vi designe og bygge en 12V batterinivåindikator ved hjelp av en firekomparator OPAMP-basert IC LM324 som lar oss bruke 4 OPAMP-baserte komparatorer på en enkelt brikke. Vi vil måle batteriets spenning og sammenligne den med den forutbestemte spenningen ved hjelp av LM324 IC og kjøre lysdiodene for å vise utgangen vi får. La oss hoppe rett inn i det, skal vi?

Komponenter kreves

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4 × LED-lys (rød)
• 1 × 2,5 kΩ motstand
• 5 × 1kΩ motstand
• 1 × 1,6 kΩ motstand
• 4 × 0,5 kΩ motstand
• 14-pinners IC-holder
• PCB-skrueterminal
• Perfboard
• Loddesett

LM324 Quad OPAMP IC

LM324 er en Quad op-amp IC integrert med fire op-forsterkere drevet av en vanlig strømforsyning. Differensialområdet for inngangsspenning kan være lik strømforsyningsspenningen. Standard inngangsforskyvning er veldig lav, som er på størrelse 2mV. Driftstemperaturen varierer fra 0 ° C til 70 ° C ved omgivelsene, mens den maksimale krysningstemperaturen kan være opptil 150 ° C. Generelt kan op-forsterkere utføre matematiske operasjoner og kan brukes i forskjellige konfigurasjoner som forsterker, spenningsfølger, komparator osv. Ved å bruke fire OPAMP-er i en enkelt IC, vil du spare plass og kompleksiteten i kretsen. Den kan drives av en enkelt strømforsyning over et bredt spenningsområde på -3V til 32V, som er mer enn nok for opptil 24V batterinivåprøving på denne kretsen.

Kretsdiagram for 12V batterinivåindikator

Den komplette kretsen som brukes i 12V batteriindikatoren, finner du nedenfor. Jeg har brukt et 9V batteri for illustrasjonsformål i bildet nedenfor, men antar det som et 12V batteri.

Hvis du ikke liker grafiske kretser, kan du sjekke skjemaet nedenfor. Her er Vcc og Ground terminalene som må kobles til henholdsvis 12V batteri positive og negative.

La oss nå fortsette med å forstå kretsens arbeid. For enkelhets skyld kan vi dele kretsen i 2 forskjellige deler.

Referansespenningsseksjon:

Først må vi bestemme hvilke spenningsnivåer vi vil måle i kretsen, og du kan designe din motstandsbaserte potensielle delerkrets deretter. I denne kretsen er D2 en referanse Zener Diode som er vurdert til 5.1V 5W, så den vil regulere utgangen til 5.1V over den. Det er 4 1k motstand koblet over den i serie til GND, så omtrent 1,25V fall vil være der over hver motstand som vi vil bruke til å sammenligne batterispenningen. Referansespenningene til sammenligning er omtrent 5,1V, 3,75V, 2,5V og 1,25V.

Det er også en annen spenningsdelerkrets som vi vil bruke til å sammenligne batterispenningene med spenningene gitt av spenningsdeleren som er koblet over Zener. Denne spenningsdeleren er viktig fordi du ved å konfigurere verdien vil bestemme spenningspunktene som du vil lyse opp de tilsvarende lysdiodene utover. I denne kretsen har vi valgt 1,6 k motstand og 1,0 k motstand i serie for å gi en delingsfaktor på 2,6.

Så hvis den øvre grensen for batteriet er 13,8V, vil den tilsvarende spenningen gitt av potensialdeleren være 13,8 / 2,6 = 5,3V, noe som er mer enn 5,1V gitt av den første referansespenningen fra Zener-dioden, og dermed vil alle lysdiodene være lyser hvis spenningen til batteriet er 12,5V, dvs. verken fulladet eller fulladet, vil den tilsvarende spenningen være 12,5 / 2,6 = 4,8V, noe som betyr at den er mindre enn 5,1V, men større enn de andre tre referansespenningene, så tre lysdioder vil lyser opp og en vil ikke. Så på denne måten kan vi bestemme spenningsområdene for å lyse opp en individuell LED.

Komparator og LED-seksjon:

I denne delen av kretsen kjører vi bare de forskjellige lysdiodene for forskjellige spenningsnivåer. Siden IC LM324 er en OPAMP-basert komparator, så når den ikke-inverterende terminalen til en bestemt OPAMP har et høyere potensial enn den inverterende terminalen, vil OPAMP-utgangen trekkes høyt til det omtrentlige VCC-spenningsnivået som er batterispenningen i vårt tilfelle.. Her vil ikke LED-lampen lyse fordi spenningene på både anoden og katoden på lysdioden er like, slik at ingen strøm ville strømme. Hvis den inverterende terminalens spenning er høyere enn den ikke-inverterende terminalen, vil utgangen til OPAMP bli trukket ned til GND-nivået, og derfor vil LED-lampen lyse fordi den har en potensiell forskjell over terminalene.

I kretsen vår har vi koblet den ikke-inverterende terminalen til hver OPAMP til 1kΩ motstanden til den potensielle delerkretsen som er koblet over batteriet, og inverterende terminaler er koblet til de forskjellige spenningsnivåene fra potensialdeleren som er koblet over Zener. Så når den fordelte spenningen til batteriet er lavere enn den tilsvarende referansespenningen til den OPAMPEN, vil utgangen bli trukket høyt og LED-lampen vil ikke lyse som forklart tidligere.

Utfordringer og forbedringer:

Det er en ganske rå og grunnleggende metode for tilnærming til batteriets spenning, og du kan endre den ytterligere for å lese et spenningsområde etter eget valg ved å legge til en ekstra motstand i serie med potensialdeleren koblet over 5.1V Zener-dioden, på denne måten kan du få mer nøyaktighet på et mindre område, slik at du kan identifisere flere spenningsnivåer over et mindre område for virkelige applikasjoner som for et blybatteri.

Du kan også grensesnitt med forskjellige fargede lysdioder for forskjellige spenningsnivåer, og hvis du vil ha et søylediagram. Jeg har bare brukt en enkelt LM324 i denne kretsen for å holde det enkelt, du kan bruke n antall Comparator IC-er og med n motstander, i serie med referansespenningen Zener-diode, kan du ha så mange referansespenninger å sammenligne med som du vil som ytterligere vil øke nøyaktigheten til indikatoren.

Bygg og teste vår 12V batterinivåindikator

Nå som vi er ferdig med å designe kretsen, må vi lage den på perf-kortet. Hvis du vil, kan du også teste det på et brødbrett først for å se at det fungerer og feilsøke feilene du kan se i kretsen. Hvis du vil spare bryet med å lodde alle komponentene sammen, kan du også designe din egen PCB på AutoCAD Eagle, EasyEDA eller Proteus ARES eller hvilken som helst annen PCB-designprogramvare du liker.

Ettersom LM324 kan fungere på et bredt spekter av strømforsyninger som spenner fra -3V til 32V, trenger du ikke å bekymre deg for å gi noen separat strømforsyning til LM324 IC, så vi har bare brukt ett par PCB-skrueterminaler som vil være direkte koblet til batteripolene og strøm hele PCB. Du kan sjekke spenningsnivåer fra Min 5,5 V til maksimalt 15 V ved å bruke denne kretsen. Jeg anbefaler på det sterkeste at du legger til en annen motstand i serie i potensialdeleren over Zener og reduserer spenningsområdet til hver LED.

Hvis du vil øke spenningstestingsområdet fra 12V til 24V ettersom LM324 er i stand til å teste opptil 24V batteri, må du bare endre spenningsdelingsfaktoren til spenningsdeleren som er koblet over batteriet for å gjøre dem sammenlignbare med de oppgitte spenningsnivåene. av Zener-referansekretsen, og doble motstandene forbundet med lysdiodene for å beskytte den mot den høye strømmen gjennom dem.

Komplett arbeid av denne veiledningen finner du også i videoen som er lenket nedenfor. Håper du likte opplæringen og lærte noe nyttig hvis du har spørsmål, la dem være i kommentarseksjonen, eller du kan bruke forumene våre til andre tekniske spørsmål.