Opowiedni wskaźnik poziomu naładowania

[komabra]

Witam! Aktualnie zajmuję się projektem stacji pogodowej.

Pomyślałem ostatnio o funkcji poziomu naładowania akumulatora.

Chodzi mi o najprostszy układ z diodą zieloną lub czerwoną . Dodatkowo, aby zabezpieczyć li-pol przed spadkiem napięć poniżej 2,5 V na ogniwo układ musi się wyłączać.

Dane:

Li-pol - 7,4 V, przy pełnym naładowaniu daje 8,4 V

Zielona dioda ma świecić >= 7 V

Czerwona <= 7 V

Układ ma się rozłączać, gdy napięcie na akumulatorze < 6 V

Pomysłów jest kilka.

1. Znaleziony na elektrodzie.

Nie ukrywam jednak, że wolałbym użyć swojego pomysłu. Oto one 😉

2. Myślałem nad użyciem zwykłego komparatora, który porównuje napięcie akumulatora z napięciem odniesienia. Pojawia się problem. Da się jakimś prostym sposobem wynaleźć napięcie odniesienia = 7 V ?

3. Pomysł również z komparatorem. Odejmujemy napięcie na akumulatorze od napięcia stabilizowanego 5 V. Jeśli różnica będzie < 2 V włączamy diodę czerwoną. Głupie?

4. Znów komparator. Dajemy dzielnik napięcia na akumulator, dzielący je na pół.

Czerwona włącza się gdy U <3,5 V . Dzielnik do jednego wejścia, źródło napięcia odniesienia 3,5 V do drugiego.

..................................................................................................................................

Czas na rozłączenie układu poniżej 6 V.

Ogólnie mam małą wiedzę na temat akumulatorów. Czytałem, że li-poli nie można rozładowywać do końca, dlatego dobrze było by zabezpieczyć układ, gdybym zapomniał wyączyć stacji na dłuższy czas.

Czy umieszczenie zenera 6.2 V ochroni układ wystarczająco? Wiadomo, że zawsze jest jakiś mały prąd wsteczny.

Nie ukrywam, że zależy mi na jak najmniejszym poborze prądu więc nie wiem czy lepsza będzie dioda czy może przekaźnik, ew. może jeszcze inne pomysły?

Bądźcie wyrozumiali ! Dopiero zaczynam prawdziwą zabawę z elektroniką ale coraz bardzej mi się oba podoba 🤣

[Chumanista]

Może MOSFET odcinający akumulator dy przestanie dostawać sygnał z ATMegi 8 która mierzy ADC napięcie akumulatora podzielone dzielnikiem przez 2 co X czasu? A w międzyczasie Sleep Mode żeby nie marnować prądu.

[komabra]

Właśnie nie ukrywam, że chciałem to robić totalnie analogowo z obejściem atmegi, bo został mi 1 wolny pin ale widzę, że nie da rady inaczej, wiec czeka mnie wymiana na atm16..

[marek1707]

Analogowo można to zrobić na wiele sposobów i taki układ jest najpewniejszy, bo nie wymaga interakcji z programem procesora - raz uruchomiony na pewno odetnie akumulator nawet gdyby oprogramowanie zwisło.

O ile samo odcinanie to zwykły tranzystor i tu z uwagi na spadek napięcia MOSFET będzie bezkonkurencyjny, o tyle już jego sterowanie może być zrobione na dwa sposoby:

1. Blok pomiaru i porównywania napięć umieszczony po stronie "gorącej" czyli przed kluczem.

2. Ten sam blok umieszczony po stronie wyłączanej.

Pierwsze rozwiązanie ma tę zaletę, że jest układowo prostsze. Bierzesz komparator, na jedno wejście wprowadzasz napięcie odniesienia a na drugie odpowiednio dopasowane (podzielone) napięcie akumulatora. Dodajesz niewielką histerezę a sygnałem z wyjścia komparatora sterujesz klucz MOSFET. Ma ono jednak poważną wadę: po wyłączeniu akumulator jest nadal obciążony układem decyzyjnym. To wymaga użycia niskoprądowego źródła napięcia odniesienia i takiego samego komparatora. Jeśli założyć, że po wyłączeniu mamy dosłownie kilka mAh pojemności w akumulatorze a możesz o nim zapomnieć np. przez tydzień, to z prostych rachunków wychodzi, że możesz czerpać prąd rzędu 30-50uA. Takie źródła i takie komparatory są, ale znalezienie ich może być trudne. W każdym razie da się to zrobić. Acha - trzeba też pamiętać, że akumulator to nie kondensator i napięcie na nim może całkiem poważnie wzrosnąć po odłączeniu obciążenia. Dlatego histereza układu nie może być zbyt wąska. Myślę, że rozłączanie przy 6V a załączanie dopiero przy 6.8-7V będzie w sam raz.

Drugi sposób ma jedną oczywistą cechę: ponieważ układ decyzyjny jest zasilany zza klucza, trzeba użyć jakiegoś przycisku by po raz pierwszy (np. po włożeniu baterii) załączyć układ. Może on być za to dużo bardziej energochłonny niż poprzednio, bo i tak jego prąd zginie w całości pobieranej mocy. Najprościej zrealizować układ tak, by stan poprawnego napięcia był sygnalizowany przez stan wysoki. Wtedy przejście do stanu niskiego powinno wyłączyć klucz MOSFET a znikające napięcie zasilania układu decyzyjnego (i całej reszty) stan niski podtrzyma w sposób naturalny.

Sterowanie diodek LED jest pochodną wypracowania sygnału sterującego kluczem i jest już proste. Spróbuj nad tym pomyśleć. Na początek weź jakiś pierwszy z brzegu mały komparator, np. taki:

http://www.tme.eu/pl/details/tl331idbvt/komparatory-smd/texas-instruments/

i tanie źródło napięcia odniesienia (o diodach Zenera zapomnij), np. to:

http://www.tme.eu/pl/details/tl431aidbzt/zrodla-napiecia-odniesienia-uklady/texas-instruments/

skleć z nich pierwszy schemat i go tutaj wrzuć. Będzie o czym dyskutować.

EDIT: I może opisz troszkę bardziej szczegółowo tę swoją stacje pogodową. Jakie czujniki, jak podłączone, czy będzie pokazywała coś na wyświetlaczu czy raczej wysyłała dane przez radio? Może jakiś schemat? 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[komabra]

Jest to mój projekt inżynierski.

Aktualnie mam czujniki temperatury, wilgotności, opadów i natężenia słońca. Wszystko wyświetlane na wyświetlaczu LCD. Nie ma na to dużo czasu więc nie będę jej na razie o wiele bardziej usprawniał.

Po obronie dodam na pewno:

-czujnik CO

-czujnik wiatru

-komunikacja między komputerem, aby można było kreślić wykresy

-inny wyświetlacz. Graficzny lub nawet dotykowy, bo alfanumeryczny nie wygląda 'szałowo' 😋

Oczywiście, gdy skończę projekt opiszę cały na Forbocie ! 😉

Schemat wskaźnika wrzucę w nocy to ocenicie!

[marek1707]

Czujnik CO w stacji umieszczonej na zewnątrz trochę nie ma sensu, chyba, że byłby to garaż lub inne zamknięte pomieszczenie, ale to raczej w celach alarmowych. Na zewnątrz bardziej przydatny byłby choćby sensor zapylenia czyli obecności drobin o wielkości ok 10um i większych. Są na to normy a wiele miejsc szczególnie w dużych miastach oscyluje wokół dopuszczalnego maksimum lub je przekracza. No i ta wielkość ma wyraźne cykle dobowe związane z ruchem ulicznym i wiatrem:

https://www.elty.pl/pl/p/Czujnik-pylu%2C-kurzu%2C-dymu/1460

Do monitorowania stanu powietrza rewelacyjnie sprawdza się też czujnik CO2. Właśnie zrobiłem sobie coś takiego, doczepiłem 2.4" graficzny LCD TFT i mam wyświetlane logi CO2, wilgotności i temperatury z 6 ostatnich godzin. Czujnik musi być dobry (i niestety drogi), ale jego rozdzielczość pozwala na dokładne pokazywanie kiedy ktoś wszedł do pokoju (powolny wzrost ok. 100ppm/h), czy otwierał okno (szybkie spadki do 500-600ppm), czy gotował coś w kuchni (wzrost nawet powyżej poziomu 2000ppm) itd. Od chwili gdy postawiłem go na półce wszyscy domownicy nagle interesują się zawartością CO2 a na czerwono wyświetlane wartości powyżej 1800ppm są powodem natychmiastowego otwierania okien. W sumie to nie do wiary jak szybko w całkiem dużym mieszkaniu powietrze się degraduje (BTW: Czy ktoś czytał Marsjanina? - to ta książka skusiła mnie do odpalenia mojego czujnika).

Przy pomiarze CO2 wszelkie czujniki podgrzewane itp to zabawki, jedyną sensowną metodą jest NDIR:

http://www.elfadistrelec.pl/pl/modul-czujnika-co2-5000-ppm-elektronik-ee893-05c9/p/11048965?q=ee893

Czy potrzebujesz jakiejś pomocy przy układzie automatycznego odłączania akumulatora?

[komabra]

Zrobiłem taki schemat wyłączania zasilania, ale pewności jego działania nie jestem pewny.

Wartości rezystorów i napięcia odniesienia będą później na spokojnie do wyliczenia.

Czy coś takiego zadziała?

[marek1707]

Idea jest dobra, ale układ niestety nie zadziała. Z kilku powodów:

1. Do włączenia tranzystora n-kanałowego potrzebne jest napięcie dodatnie względem kanału. Jeżeli źródło i dren są a plusie zasilania, wszelkie inne napięcia w układzie będą widziane przez ten tranzystor jako ujemne (względem jego kanału) a to go nie włączy. W takiej konfiguracji musisz użyć tranzystora p-kanałowego. Będzie on wtedy załączany stanem niskim na bramce.

2. Wyjście komparatora 393 jest typu otwarty-kolektor a to oznacza, że umie ono tylko zwierać się do masy. Nie ma niczego, co spowodowałoby wzrost napięcia na wyjściu komparatora. Co z resztą i tak tranzystora nie włączy - patrz pkt 1.

3. Źle użyłeś źródła napięcia odniesienia. Akurat 336 jest typu shunt, czyli wygląda trochę jak regulowana dioda Zenera. Zewnętrznym dzielnikiem rezystorowym wyznaczasz napięcie a dodatkowym rezystorem (i tu jest podobieństwo do diody Zenera) ograniczasz prąd anody. Zajrzyj do danych katalogowych. Tam jest co najmniej kilka schematów wykorzystania tego elementu.

4. Brakuje histerezy o której pisałem.

Uwaga ogólna: jeżeli nie masz pojęcia jak działa dany element, odszukaj i przeczytaj jego kartę katalogową producenta. Nie zgaduj i nie przerysowuj z obcych schematów chyba, że szukasz natchnienia i sam umiesz ocenić ich sensowność.

W każdym razie jest nieźle. Popraw układ wg tego co napisałem i pokaż następną iterację.

[komabra]

Przyznam, że na początku przestraszyłem się dokumentacji ale nie okazała się ciężka.

Wygląda to tak :

Nie jestem pewny histerezy, ale ogólnie układ powinien działać.

Źródło napięcia odniesienia to TL431.

[marek1707]

Brawo. Mam tylko dwie uwagi do układu:

1. Tranzystor włączyłeś tak, że jego wewnętrzna dioda będzie zawsze przewodzić i całe to wyłączanie nie zadziała.

2. W tym konkretnym przypadku nie potrzebujesz napięcia odniesienia innego niż domyślne 2.5V dawane przez źródło przy zwartym wejściu REF do katody. Oporniki R11 i R12 są więc zbędne a będą niepotrzebnie zwiększać prąd. Regulację progu możesz przeprowadzać zmieniając R5 lub R8.

No dobra, trzy:

3. Źródło napięcia odniesienia warto jest zablokować jakąś niewielką pojemnością ale uważaj, bo w zależności od przyjętego prądu różne są wielkości kondensatora przy których typowy 431 zachowuje stabilność.

I jeszcze:

4. Drugi komparator struktury LM393 możesz wykorzystać do zapalania diodki ostrzegającej o niskim napięciu, np. 6.2V. Możesz użyć tego samego napięcia odniesienia.

5. Dobierz oporniki do założonych progów przełączania i szerokości histerezy (co przy niesymetrycznym wyjściu typu open-collector wcale nie będzie trywialne) i policz całkowity prąd pobierany przez układ. 393 to stary scalak, nie chciałeś użyć czegoś mniej prądożernego? TL431 istnieją w wersjach <100uA. W standardowym musisz założyć prąd >1mA.

6. Nie zam tego stabilizatora, ale on też może brać całkiem spory prąd "spoczynkowy". Wiekowa seria 78xx jest w tym szczególnie dobra. Sprawdź to i ew. poszukaj czegoś bardziej pasującego do zasilania bateryjnego. Tutaj każdy mA uciekający "bokiem" to czysta strata. LDO biorące jakieś 50uA są dziś typowe w takich aplikacjach, a niektóre schodzą poniżej 10uA.

[komabra]

Na początku dałem napięcie odniesienia 2,5 V ale uznałem, że lepiej dać 3 V i potem prosty dzielnik napięcia 1:1. Ale też prawda. W przypadku 2,5 V układ jest prostszy.

Co do LM393 dałem tu taki ze względu na to, że posiadam go i mogłem fizycznie sprawdzić zmiany stanów na wyjściu. Pomyślę zaraz nad innym. Dzięki wielkie za pomoc.

Odezwę się jeśli będę miał znów pytania !