- Компоненте потребне
- ЛМ324 Куад ОПАМП ИЦ
- Кружна шема за индикатор нивоа батерије од 12В
- Израда и тестирање нашег индикатора нивоа батерије од 12 В
У савременом свету користимо батерије у готово свим електронским уређајима од вашег ручног мобилног телефона, дигиталног термометра, паметног сата до електричних возила, авиона, сателита, па чак и роботских ровера коришћених на Марсу чија је батерија трајала око 700 сола (марсовских дана). Сигурно је рећи да без изума ових електрохемијских уређаја за складиштење, званих Батерије, свет какав познајемо не би постојао. Постоји много различитих врста батерија попут оловних киселина, Ни-Цд, литијум-јонских, итд. Појавом технологије видимо да су нове батерије изумљене попут Ли-аир батерија, чврстог стања литијумских батерија итд. Које имају веће капацитет складиштења енергије и висок опсег радних температура. О батеријама и начину њиховог рада већ смо разговарали у нашим претходним чланцима. У овом чланку ћемо научити како да дизајнирамо једноставан Индикатор нивоа напуњености батерије од 12В помоћу Оп-Амп-а.
Иако је ниво батерије двосмислен појам, јер не можемо стварно измерити напуњеност која је остала у батерији, осим ако не користимо сложене прорачуне и мерења помоћу система за управљање батеријом. Али у једноставним апликацијама немамо луксуз ове методе, па обично користимо једноставну методу процене нивоа батерије засновану на напону отвореног круга, која заиста добро функционише за оловне 12В батерије, јер је њихова крива пражњења готово линеарна од 13,8 В до 10,1 В, који се обично сматрају његовом горњом и доњом крајњом границом. Раније смо такође изградили индикатор нивоа батерије на бази Ардуино-а и круг за праћење вишеструког ћелијског напона, такође их можете проверити ако сте заинтересовани.
У овом пројекту ћемо дизајнирати и израдити индикатор нивоа батерије од 12 В уз помоћ четворокомпаратора на бази ОПАМП-а заснованог на ИЦ ЛМ324, који нам омогућава да користимо 4 компаратора заснована на ОПАМП-у на једном чипу. Измерићемо напон батерије и упоредити га са унапред специфицираним напоном помоћу ЛМ324 ИЦ и покренути ЛЕД да прикажу излазни резултат који добијамо. Скочимо право у то, хоћемо ли?
Компоненте потребне
- ЛМ324 Куад ОПАМП ИЦ
- 4 × ЛЕД светла (црвена)
- Отпорник 1 × 2,5 кΩ
- Отпорник 5 × 1кΩ
- Отпорник 1 × 1,6 кΩ
- Отпорник 4 × 0,5 кΩ
- 14 пин држач ИЦ
- ПЦБ вијчани прикључак
- Перфбоард
- Комплет за лемљење
ЛМ324 Куад ОПАМП ИЦ
ЛМ324 је четворострука оптичка појачала интегрисана са четири оп-појачала која се напајају из заједничког извора напајања. Опсег диференцијалног улазног напона може бити једнак опсегу напона напајања. Подразумевани улазни помак напона је врло низак, величине је 2мВ. Радна температура се креће од 0˚Ц до 70˚Ц у околини, док максимална температура споја може бити и до 150˚Ц. Опћенито, оп-појачала могу изводити математичке операције и могу се користити у разним конфигурацијама попут појачала, следбеника напона, компаратора итд. Дакле, употребом четири ОПАМП-а у једном ИЦ-у уштедећете простор и сложеност кола. Може се напајати једним напајањем у широком опсегу напона од -3В до 32В, што је више него довољно за тестирање нивоа батерије до 24В на овом колу.
Кружна шема за индикатор нивоа батерије од 12В
Комплетна кола која се користе у индикатору батерије од 12 В налазе се у наставку. У илустрације сам користио 9В батерију на слици испод, али претпостављам да је то 12В батерија.
Ако вам се не свиђају графички склопови, шему можете погледати на доњој слици. Овдје су Вцц и Гроунд терминали који морају бити повезани на 12В позитивну и негативну батерију.
Сада, наставимо са разумевањем рада кола. Ради једноставности, коло можемо поделити на 2 различита дела.
Одељак референтних напона:
Прво, морамо да одлучимо које нивое напона желимо да меримо у кругу, а ви у складу с тим можете да дизајнирате свој круг за поделу потенцијала на основу отпорника. У овом колу, Д2 је референтна Зенер диода која је оцењена на 5.1В 5В, па ће преко ње регулисати излаз на 5.1В. Преко њега су серијски спојена 4 1к отпора на ГНД, тако да ће пад отприлике 1,25 В бити на сваком отпорнику који ћемо користити за поређење са напоном батерије. Референтни напони за поређење су приближно 5,1 В, 3,75 В, 2,5 В и 1,25 В.
Такође, постоји још једно коло за поделу напона које ћемо користити за упоређивање напона акумулатора са напонима које даје делилац напона повезан преко Зенера. Овај делилац напона је важан јер ћете конфигурисањем његове вредности одредити тачке напона преко којих желите да осветлите одговарајуће ЛЕД диоде. У овом колу одабрали смо серијски отпорник 1.6к и отпорник 1.0к да бисмо добили фактор поделе од 2.6.
Дакле, ако је горња граница акумулатора 13,8 В, тада ће одговарајући напон дат дељењем потенцијала бити 13,8 / 2,6 = 5,3 В, што је више од 5,1 В дато првом референтном напону са Зенер диоде, па ће све ЛЕД диоде бити светли ако је напон акумулатора 12,5В, тј. нити потпуно напуњен нити потпуно испражњен, тада ће одговарајући напон бити 12,5 / 2,6 = 4,8 В, што значи да је мањи од 5,1 В, али већи од остала три референтна напона, па ће три ЛЕД диоде упали и један неће. Дакле, на овај начин можемо одредити опсеге напона за осветљење поједине ЛЕД диоде.
Упоредни и ЛЕД одељак:
У овом делу кола само возимо различите ЛЕД диоде за различите нивое напона. Будући да је ИЦ ЛМ324 компаратор заснован на ОПАМП-у, па кад год је неинвертујући терминал одређеног ОПАМП-а већи потенцијал од инвертирајућег терминала, излаз ОПАМП-а повући ће се високо до приближно ВЦЦ нивоа напона, што је у нашем случају напон батерије. Овде ЛЕД неће светлити, јер су напони на аноди и катоди ЛЕД једнаки, тако да не би текла струја. Ако је напон инвертирајућих терминала већи од неинвертирајућих терминала, тада ће се излаз ОПАМП-а повући до нивоа ГНД, па ће ЛЕД упалити, јер има потенцијалну разлику на својим терминалима.
У нашем колу смо повезали неинвертујући терминал сваког ОПАМП-а на отпорник 1кΩ круга потенцијалног дјелитеља повезан преко акумулатора, а инвертујући терминали повезани су на различите нивое напона од потенцијалног дјелитеља повезаног преко Зенера. Дакле, кад год је распоређени напон батерије нижи од одговарајућег референтног напона тог ОПАМП-а, излаз ће бити повучен високо и ЛЕД неће светлити како је раније објашњено.
Изазови и побољшања:
То је прилично сиров и основни метод приближавања напона батерије и можете га даље модификовати тако да очитава опсег напона по вашем избору додавањем додатног отпорника у серији са потенцијалним разделником који је повезан преко 5.1В Зенер диоде, на овај начин можете добити већу прецизност на мањем опсегу, тако да можете идентификовати више нивоа напона у мањем опсегу за стварне примене, на пример за оловну батерију.
Такође можете повезати ЛЕД у различитим бојама за различите нивое напона и ако желите тракасти графикон. У овом колу сам користио само један ЛМ324 да би било једноставније, можете користити н број компараторних ИЦ-а и са н отпорника, у серији са референтним напоном Зенер диоде, можете имати онолико референтних напона за упоређивање колико желите што ће додатно повећати тачност вашег индикатора.
Израда и тестирање нашег индикатора нивоа батерије од 12 В
Сада када смо завршили са дизајнирањем кола, морамо га израдити на перф плочи. Ако желите, можете га прво тестирати на плочи да бисте видели како функционише и отклонили грешке које бисте могли видети у струјном кругу. Ако желите да уштедите гњаважу око спајања свих компоненти заједно, такође можете да дизајнирате своју ПЦБ на АутоЦАД Еагле, ЕасиЕДА или Протеус АРЕС или на било ком другом софтверу за дизајнирање ПЦБ-а који вам се свиђа.
Како ЛМ324 може да ради на широком опсегу напајања у распону од -3В до 32В, не морате да бринете да ли ћете обезбедити било какво одвојено напајање ЛМ324 ИЦ, па смо користили само један пар ПЦБ вијчаних терминала који ће бити директно повезан са прикључцима батерије и напаја целу ПЦБ. Помоћу овог круга можете проверити ниво напона од мин. 5,5 В до највише 15 В. Топло препоручујем да додате још један отпорник у серију у разделник потенцијала преко Зенера и смањите опсег напона сваке ЛЕД диоде.
Ако желите да повећате опсег испитивања напона са 12 В на 24 В, јер је ЛМ324 способан да тестира батерију до 24 В, само морате да промените фактор поделе напона на делилнику напона који је повезан преко батерије како би били упоредиви са датим нивоима напона Зенер референтним кругом, а такође удвостручите отпоре повезане са ЛЕД диодама да би га заштитили од великог протока струје кроз њих.
Комплетан рад овог водича такође се може наћи у видео линку доле. Надам се да сте уживали у водичу и научили нешто корисно ако имате питања, оставите их у одељку за коментаре или можете користити наше форуме за друга техничка питања.