Simpleng tagapagpahiwatig ng antas ng baterya gamit ang op

Sa modernong mundo, gumagamit kami ng mga baterya sa halos bawat elektronikong gadget mula sa iyong mobile phone, digital thermometer, smartwatch sa Electric Vehicles, mga eroplano, satellite, at maging sa mga Robotic Rovers na ginamit sa Mars na ang baterya ay tumagal ng halos 700 sol (Martian araw). Ito ay ligtas na sabihin nang walang pag-imbento ng mga electrochemical storage device na ito aka Baterya, ang mundo na alam nating wala ito. Mayroong maraming iba't ibang mga uri ng baterya tulad ng Lead-Acid, Ni-Cd, Lithium-Ion, atbp. Sa pagkakaroon ng teknolohiya, nakakakita kami ng mga bagong baterya na naimbento tulad ng Li-air Baterya, Solid State Lithium na baterya, atbp na mas mataas kapasidad sa pag-iimbak ng enerhiya at mataas na saklaw ng temperatura ng operating. Tinalakay na natin ang higit pa tungkol sa mga baterya at kung paano ito gumagana sa aming nakaraang mga artikulo. Sa artikulong ito, matututunan natin kung paano mag-disenyo ng isang simple12V tagapagpahiwatig ng antas ng singil ng baterya gamit ang Op-Amp.

Bagaman ang antas ng Baterya ay isang hindi siguradong termino dahil hindi namin talaga masusukat ang singilin na natira sa baterya maliban kung gumagamit kami ng mga kumplikadong kalkulasyon at pagsukat gamit ang isang System ng Pamamahala ng Baterya. Ngunit sa simpleng mga application, wala kaming luho ng pamamaraang ito kaya karaniwang gumagamit kami ng isang simpleng pamamaraan ng Level ng Pag-rate ng Antas ng Batas na Boltahe na gumagana nang mahusay para sa mga baterya ng Lead Acid 12V dahil ang kanilang curve ng paglabas ay halos linear mula 13.8V hanggang 10.1V, na karaniwang isinasaalang-alang nito sa itaas at mas mababang matinding mga limitasyon. Dati ay nakabuo din kami ng isang tagapagpahiwatig ng antas ng baterya na nakabatay sa Arduino at isang circuit ng pagsubaybay sa Maramihang Boltahe na Cell, maaari mo ring suriin ang mga ito kung interesado ka.

Sa proyektong ito, magdidisenyo at gagawa kami ng tagapagpahiwatig na antas ng baterya ng 12V sa tulong ng isang quad comparator na OPAMP batay sa IC LM324 na hinahayaan kaming gumamit ng 4 na kumpara sa mga batay sa OPAMP sa isang solong maliit na tilad. Susukatin namin ang boltahe ng baterya at ihambing ito laban sa tinukoy na boltahe gamit ang LM324 IC at ihimok ang mga LED upang ipakita ang output na nakukuha natin. Tumalon tayo doon, Dapat ba tayo?

Kinakailangan ang Mga Bahagi

• LM324 Quad OPAMP IC
• 4 × LED Lights (Pula)
• 1 × 2.5kΩ Resistor
• 5 × 1kΩ Resistor
• 1 × 1.6kΩ Resistor
• 4 × 0.5kΩ Resistor
• 14 Pinang May-ari ng IC
• PCB Screw Terminal
• Perfboard
• Soldering Kit

LM324 Quad OPAMP IC

Ang LM324 ay isang Quad op-amp IC na isinama sa apat na op-amp na pinalakas ng isang karaniwang supply ng kuryente. Ang pagkakaiba-iba ng saklaw ng boltahe ng pag-input ay maaaring katumbas ng boltahe ng suplay ng kuryente. Ang default na input ng offset boltahe ay napakababa na kung saan ay may lakas na 2mV. Ang temperatura ng operating ay mula sa 0˚C hanggang 70˚C sa paligid habang ang maximum na temperatura ng junction ay maaaring hanggang sa 150˚C. Pangkalahatan, ang mga op-amp ay maaaring magsagawa ng mga pagpapatakbo sa matematika at maaaring magamit sa iba't ibang mga pagsasaayos tulad ng Amplifier, tagasunod ng boltahe, kumpare, atbp. Kaya, sa pamamagitan ng paggamit ng apat na OPAMP sa isang solong IC, makatipid ka ng puwang at pagiging kumplikado ng circuit. Maaari itong patakbuhin ng isang solong suplay ng kuryente sa isang malawak na saklaw na boltahe ng -3V hanggang 32V na higit sa sapat hanggang sa 24V na antas ng baterya sa pagsubok sa circuit na ito.

Circuit Diagram para sa 12V Tagapagpahiwatig ng Antas ng Baterya

Ang kumpletong circuit na ginamit sa tagapagpahiwatig ng baterya ng 12V ay matatagpuan sa ibaba. Gumamit ako ng isang 9V na baterya para sa layunin ng paglalarawan sa imahe sa ibaba, ngunit ipalagay ito bilang isang 12V na baterya.

Kung hindi mo gusto ang mga graphic na circuit, maaari mong suriin ang larawan sa ibaba para sa mga iskema. Narito ang Vcc at Ground ang mga terminal na kailangang konektado sa 12V na baterya na positibo at negatibo ayon sa pagkakabanggit.

Ngayon, magpatuloy tayo sa pag-unawa sa pagtatrabaho ng circuit. Alang-alang sa pagiging simple, maaari naming hatiin ang circuit sa 2 magkakaibang mga bahagi.

Seksyon ng Mga Boltahe ng Sanggunian:

Una, kailangan naming magpasya kung aling mga antas ng boltahe ang nais naming sukatin sa circuit, at maaari mong idisenyo ang iyong resistor batay potensyal na divider circuit nang naaayon. Sa circuit na ito, ang D2 ay isang sanggunian na Zener Diode na na-rate na 5.1V 5W kaya't aayusin nito ang output sa 5.1V sa kabuuan nito. Mayroong 4 1k Paglaban na konektado sa kabuuan nito sa serye sa GND kaya humigit-kumulang na 1.25V drop ang makikita doon sa bawat risistor na gagamitin namin para sa paggawa ng mga paghahambing sa boltahe ng baterya. Ang mga voltages ng sanggunian para sa paghahambing ay humigit-kumulang na 5.1V, 3.75V, 2.5V, at 1.25V.

Gayundin, mayroong isa pang circuit divider ng boltahe na gagamitin namin upang ihambing ang mga boltahe ng baterya sa mga voltages na ibinigay ng boltahe na divider na konektado sa buong Zener. Ang divider ng boltahe na ito ay mahalaga sapagkat sa pamamagitan ng pag-configure ng halaga nito, magpapasya ka ng mga puntos ng boltahe na lampas kung saan mo nais na sindihan ang mga kaukulang LED. Sa circuit na ito, pumili kami ng 1.6k Resistor at 1.0k Resistor sa serye upang magbigay ng isang dividing factor na 2.6.

Kaya't kung ang itaas na limitasyon ng Baterya ay 13.8V, kung gayon ang kaukulang boltahe na ibinigay ng potensyal na divider ay 13.8 / 2.6 = 5.3V na higit sa 5.1V na ibinigay ng unang boltahe ng sanggunian mula sa Zener diode kung kaya't ang lahat ng mga LEDs ay magiging naiilawan kung ang boltahe ng baterya ay 12.5V ibig sabihin ay hindi ganap na sisingilin o ganap na natanggal, pagkatapos ang kaukulang boltahe ay 12.5 / 2.6 = 4.8V na nangangahulugang ito ay mas mababa sa 5.1V ngunit mas malaki kaysa sa iba pang tatlong mga sanggunian na voltages kaya't ang tatlong LEDs ay sindihan at ang isa ay hindi. Kaya, sa ganitong paraan, matutukoy natin ang mga saklaw ng boltahe para sa pag-iilaw ng isang indibidwal na LED.

Tagapaghahambing at Seksyon ng LED:

Sa bahaging ito ng circuit, hinihimok lamang namin ang Iba't ibang mga LED para sa iba't ibang mga antas ng boltahe. Dahil ang IC LM324 ay isang kumpare na batay sa OPAMP kaya't tuwing ang non-inverting terminal ng isang partikular na OPAMP ay nasa isang mas mataas na potensyal kaysa sa inverting terminal, ang output ng OPAMP ay mahihila nang mataas sa humigit-kumulang na antas ng boltahe ng VCC na kung saan ay ang boltahe ng baterya sa aming kaso. Dito hindi magaan ang LED dahil ang voltages sa parehong Anode at Cathode ng LED ay pantay-pantay kaya walang agos na daloy. Kung ang boltahe ng Inverting terminal ay mas mataas kaysa sa non-inverting terminal, pagkatapos ay ang output ng OPAMP ay hilahin pababa sa antas ng GND samakatuwid ang LED ay mag-iilaw dahil mayroon itong potensyal na pagkakaiba sa mga terminal nito.

Sa aming circuit, nakakonekta namin ang non-inverting terminal ng bawat OPAMP sa 1kΩ risistor ng potensyal na divider circuit na konektado sa buong baterya, at ang Inverting terminal ay konektado sa iba't ibang mga antas ng boltahe mula sa potensyal na divider na konektado sa buong Zener. Kaya, tuwing ang ibinabahaging boltahe ng baterya ay mas mababa kaysa sa kaukulang boltahe ng sanggunian ng OPAMP na iyon, ang Output ay hihilahin ng mataas at ang LED ay hindi Banayad tulad ng ipinaliwanag nang mas maaga.

Mga Hamon at Pagpapabuti:

Ito ay isang medyo krudo at pangunahing pamamaraan ng paglapit sa boltahe ng baterya at maaari mo pa itong baguhin upang mabasa ang isang saklaw ng boltahe sa iyong pinili na may pagdaragdag ng isang karagdagang risistor sa serye na may potensyal na divider na konektado sa 5.1V Zener diode, sa ganitong paraan, makakakuha ka ng higit na kawastuhan sa isang mas maliit na saklaw upang makilala mo ang higit na mga antas ng boltahe sa isang mas maliit na saklaw para sa mga application na totoong mundo tulad ng para sa isang baterya ng lead-acid.

Maaari mo ring i-interface ang iba't ibang mga may kulay na LED para sa iba't ibang mga antas ng boltahe at kung nais mo ng isang graph ng bar. Gumamit lamang ako ng isang solong LM324 sa circuit na ito upang mapanatili itong simple, maaari mong gamitin ang bilang ng mga Comparator ICs at may mga n resistor, sa serye na may sanggunian na boltahe ng Zener diode, maaari kang magkaroon ng maraming mga voltages ng sanggunian upang ihambing laban sa nais na kung saan ay karagdagang taasan ang kawastuhan ng iyong tagapagpahiwatig.

Pagbuo at Pagsubok ng aming 12V Tagapagpahiwatig ng Antas ng Baterya

Ngayon kapag natapos na namin ang pagdidisenyo ng circuit, kailangan nating likhain ito sa perf board. Kung nais mo, maaari mo ring subukan ito sa isang breadboard muna upang makita ang paggana nito at i-debug ang mga pagkakamali na maaari mong makita sa circuit. Kung nais mong i-save ang abala ng paghihinang ng lahat ng mga bahagi nang magkasama, maaari mo ring idisenyo ang iyong sariling PCB sa AutoCAD Eagle, EasyEDA, o Proteus ARES o anumang iba pang software ng PCB Designing na gusto mo.

Dahil ang LM324 ay maaaring gumana sa isang malawak na hanay ng supply ng kuryente mula -3V hanggang 32V, hindi mo kailangang mag-alala tungkol sa pagbibigay ng anumang magkakahiwalay na suplay ng kuryente sa LM324 IC kaya't ginamit lamang namin ang isang pares ng PCB Screw Terminals na magiging direktang konektado sa mga terminal ng baterya at pinapagana ang buong PCB. Maaari mong suriin ang mga antas ng Boltahe mula sa Min 5.5V hanggang sa maximum na 15V sa pamamagitan ng paggamit sa Circuit na ito. Masidhi kong inirerekumenda na magdagdag ka ng isa pang risistor sa serye sa potensyal na divider sa buong Zener at bawasan ang saklaw ng boltahe ng bawat LED.

Kung nais mong taasan ang saklaw ng pagsubok ng boltahe mula 12V hanggang 24V dahil ang LM324 ay may kakayahang subukan hanggang sa 24V na baterya, kailangan mo lamang baguhin ang boltahe na naghahati ng kadahilanan ng voltner divider na konektado sa buong baterya upang maihambing ang mga ito sa mga antas ng boltahe na ibinigay sa pamamagitan ng circuit ng sanggunian ng Zener at gayundin, doblehin ang mga Paglaban na konektado sa mga LED upang mapangalagaan ito laban sa mataas na kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng mga ito.

Ang kumpletong pagtatrabaho ng tutorial na ito ay maaari ding matagpuan sa video na naka-link sa ibaba. Inaasahan kong nasiyahan ka sa tutorial at natutunan ang isang bagay na kapaki-pakinabang kung mayroon kang anumang mga katanungan, iwanan ang mga ito sa seksyon ng komento o maaari mong gamitin ang aming mga forum para sa iba pang mga teknikal na katanungan.