- Tarvittavat komponentit
- LM324 Quad OPAMP IC
- Piirikaavio 12 V: n akun varaustason osoittimelle
- 12 V: n akkutason osoittimen rakentaminen ja testaaminen
Nykyaikaisessa maailmassa käytämme paristoja melkein kaikissa elektronisissa laitteissa, kuten kämmenmikroosi, digitaalisessa lämpömittarissasi, älykellossasi sähköajoneuvoihin, lentokoneisiin, satelliitteihin ja jopa Marsissa käytettyihin robottikiekkoihin, joiden akku kesti noin 700 solsia (marsilaiset päivät). On turvallista sanoa ilman näiden sähkökemiallisten tallennuslaitteiden eli paristojen keksimistä, sellaista maailmaa, jota tiedämme, ei olisi olemassa. On olemassa monia erityyppisiä paristoja, kuten lyijyhappo, Ni-Cd, litium-ioni jne. Teknologian myötä näemme keksittyjä uusia paristoja, kuten litium-ilma-paristot, kiinteät litiumparistot jne., Joilla on korkeammat paristot. energian varastointikapasiteetti ja korkea käyttölämpötila-alue. Olemme jo keskustelleet paristoista ja niiden toiminnasta aiemmissa artikkeleissamme. Tässä artikkelissa opit suunnittelemaan yksinkertaisen12 V: n akun varaustason ilmaisin Op-Amp: lla.
Vaikka akun varaustaso on moniselitteinen termi, koska emme voi mitata akussa jäljellä olevaa varausta, ellemme käytä monimutkaisia laskelmia ja mittauksia akun hallintajärjestelmällä. Mutta yksinkertaisissa sovelluksissa meillä ei ole tämän menetelmän ylellisyyttä, joten käytämme yleensä yksinkertaista avoimen piirin jännitteeseen perustuvaa akkutason arviointimenetelmää, joka toimii todella hyvin 12 V: n lyijyhappoakkuille, koska niiden purkautumiskäyrä on melkein lineaarinen välillä 13,8 V - 10,1 V, joita yleensä pidetään sen ylä- ja alarajana. Aikaisemmin olemme myös rakentaneet Arduino-pohjaisen akun varauksen ilmaisimen ja monisoluisen jännitteen valvontapiirin, voit myös tarkistaa ne, jos olet kiinnostunut.
Tässä projektissa suunnittelemme ja rakennamme 12 V: n akun varaosamittarin nelinkertaisen vertailijan OPAMP-pohjaisen IC LM324: n avulla, jonka avulla voimme käyttää 4 OPAMP-pohjaista vertailua yhdellä sirulla. Mitataan akun jännite ja verrataan sitä ennalta määritettyyn jännitteeseen LM324 IC: n avulla ja ajetaan LEDeillä näyttämään saamamme lähtö. Hyppäämme heti siihen, eikö niin?
Tarvittavat komponentit
- LM324 Quad OPAMP IC
- 4 × LED-valot (punainen)
- 1 × 2,5 kΩ vastus
- 5 × 1kΩ vastus
- 1 × 1,6 kΩ vastus
- 4 × 0,5 kΩ vastus
- 14-nastainen IC-pidike
- Piirilevyn ruuviliitin
- Perfboard
- Juotossarja
LM324 Quad OPAMP IC
LM324 on nelinkertainen op-amp-IC, joka on integroitu neljään op-vahvistimeen, jotka toimivat yhteisellä virtalähteellä. Tulojännitteen ero voi olla sama kuin virtalähteen jännite. Oletustulon siirtymäjännite on hyvin pieni, mikä on 2 mV: n suuruinen. Käyttölämpötila vaihtelee välillä 0 ° C - 70 ° C ympäristön lämpötilassa, kun taas suurin liitoslämpötila voi olla jopa 150 ° C. Yleensä op-vahvistimet voivat suorittaa matemaattisia operaatioita ja niitä voidaan käyttää erilaisissa kokoonpanoissa, kuten vahvistimessa, jännitteen seurannassa, komparaattorissa jne. Joten käyttämällä neljää OPAMPia yhdessä IC: ssä säästät tilaa ja piirin monimutkaisuutta. Sitä voidaan käyttää yhdellä virtalähteellä laajalla jännitealueella -3 V - 32 V, mikä on enemmän kuin tarpeeksi jopa 24 V: n akkutason testaukseen tällä piirillä.
Piirikaavio 12 V: n akun varaustason osoittimelle
Koko 12 V: n akun ilmaisimessa käytetty piiri löytyy alla. Olen käyttänyt 9 V: n akkua havainnollistamista varten alla olevassa kuvassa, mutta oletan sen olevan 12 V: n paristo.
Jos et pidä graafisista piireistä, voit tarkistaa alla olevan kuvan kaaviot. Tässä Vcc ja Ground ovat liittimiä, jotka on kytkettävä 12 V: n paristoon positiivisesti ja negatiivisesti.
Jatketaan nyt piirin toiminnan ymmärtämistä. Yksinkertaisuuden vuoksi voimme jakaa piirin kahteen eri osaan.
Referenssijänniteosio:
Ensinnäkin meidän on päätettävä, mitkä jännitetasot haluamme mitata piirissä, ja voit suunnitella vastuspohjaisen potentiaalijakajapiirin vastaavasti. Tässä piirissä D2 on referenssi-Zener-diodi, jonka nimellisarvo on 5,1 V 5 W, joten se säätelee ulostuloa 5,1 V: n poikki. Sen yli on kytketty 4 1 k: n vastusta sarjaan GND: hen, joten noin 1,25 V: n pudotus on jokaisessa vastuksessa, jota käytämme vertailuun akun jännitteeseen. Vertailun vertailujännitteet ovat noin 5,1 V, 3,75 V, 2,5 V ja 1,25 V.
Lisäksi on toinen jännitteenjakajapiiri, jota käytämme verrataksemme akun jännitteitä Zenerin yli kytketyn jännitteenjakajan antamiin jännitteisiin. Tämä jännitteenjakaja on tärkeä, koska määrittämällä sen arvo, päätät jännitepisteet, joiden yli haluat sytyttää vastaavat LEDit. Tässä piirissä olemme valinneet sarjaan 1,6 k: n vastuksen ja 1,0 k: n vastuksen antamaan jakokertoimen 2,6.
Joten jos akun yläraja on 13,8 V, potentiaalijakajan antama vastaava jännite on 13,8 / 2,6 = 5,3 V, joka on yli 5,1 V, jonka Zener-diodin ensimmäinen referenssijännite antaa, joten kaikki LEDit ovat palaa, jos akun jännite on 12,5 V eli ei täysin ladattu eikä tyhjentynyt, vastaava jännite on 12,5 / 2,6 = 4,8 V, mikä tarkoittaa, että se on alle 5,1 V, mutta suurempi kuin kolme muuta vertailujännitettä, joten kolme LEDiä syttyy ja yksi ei. Joten tällä tavalla voimme määrittää jännitealueet yksittäisen LED-valon sytyttämiseksi.
Vertailija ja LED-osa:
Tässä piirin osassa ajoimme vain erilaisia LED-valoja eri jännitetasoille. Koska IC LM324 on OPAMP-pohjainen vertailija, joten aina kun tietyn OPAMP: n ei-invertoiva terminaali on korkeammalla potentiaalilla kuin invertoiva terminaali, OPAMP-lähtö vedetään korkealle noin VCC-jännitetasoon, joka on tapauksessamme akun jännite. Täällä LED ei syty, koska LEDin sekä anodin että katodin jännitteet ovat samat, joten virtaa ei virrata. Jos kääntöliittimen jännite on korkeampi kuin ei-invertoivan liittimen jännite, OPAMP: n ulostulo vedetään alas GND-tasolle, joten LED syttyy, koska sillä on potentiaaliero päätteiden välillä.
Piirissämme olemme liittäneet jokaisen OPAMP: n ei-invertoivan liittimen akun yli kytketyn potentiaalijakajapiirin 1 kΩ: n vastukseen, ja kääntöliittimet on kytketty eri jännitetasoihin Zenerin yli kytketystä potentiaalijakajasta. Joten aina, kun akun jaettu jännite on matalampi kuin kyseisen OPAMP: n vastaava vertailujännite, ulostulo vedetään korkealle ja LED ei syty kuten aiemmin on selitetty.
Haasteet ja parannukset:
Se on melko karkea ja yksinkertainen menetelmä akun jännitteen arvioimiseksi, ja voit muokata sitä edelleen lukemaan valitsemasi jännitealueen lisäämällä sarjaan ylimääräisen vastuksen potentiaalijakajan ollessa kytkettynä 5,1 V: n Zener-diodin yli, tällä tavoin saat enemmän tarkkuutta pienemmällä alueella, jotta voit tunnistaa enemmän jännitetasoja pienemmällä alueella todellisissa sovelluksissa, kuten lyijyakku.
Voit myös liittää erivärisiä LED-valoja eri jännitetasoille ja jos haluat pylväskaavion. Olen käyttänyt tässä piirissä vain yhtä LM324: ää pitämään sen yksinkertaisena. Voit käyttää n lukua vertailupiirejä ja n vastuksella sarjaan referenssijännitteen Zener-diodin kanssa. mikä lisää indikaattorin tarkkuutta entisestään.
12 V: n akkutason osoittimen rakentaminen ja testaaminen
Nyt kun olemme suunnitelleet piirin, meidän on valmistettava se perf-levylle. Halutessasi voit myös testata sen ensin leipälaudalla, jotta näet sen toimivuuden ja virheenkorjauspiirissä mahdollisesti esiintyvät virheet. Jos haluat säästää vaivaa juotettaessa kaikki komponentit yhteen, voit myös suunnitella oman piirilevyn AutoCAD Eagle-, EasyEDA- tai Proteus ARES -laitteeseen tai mihin tahansa muuhun haluamaasi piirilevyn suunnitteluohjelmistoon.
Koska LM324 voi toimia monilla virtalähteillä, jotka vaihtelevat -3V: stä 32V: iin, sinun ei tarvitse huolehtia erillisen virtalähteen toimittamisesta LM324 IC: lle, joten olemme käyttäneet vain yhtä PCB-ruuviliitinparia, joka tulee olemaan kytketty suoraan akun napoihin ja virtaa koko piirilevyyn. Voit tarkistaa jännitetasot min. 5,5 V - enintään 15 V tällä piirillä. Suosittelen ehdottomasti, että lisäät toisen vastuksen sarjaan potentiaalijakajaan Zenerin yli ja pienennät kunkin LEDin jännitealuetta.
Jos haluat kasvattaa jännitteen testausalueita 12 V: sta 24 V: iin, koska LM324 pystyy testaamaan jopa 24 V: n akkua, sinun tarvitsee vain muuttaa akun yli kytketyn jännitteenjakajan jännitteenjakokerrointa, jotta ne olisivat verrattavissa annettuihin jännitetasoihin Zener-vertailupiirin avulla ja myös kaksinkertainen LEDeihin liitetyt vastukset suojaamaan sitä suurelta virtaukselta niiden läpi.
Tämän opetusohjelman täydellinen toiminta löytyy myös alla olevasta videosta. Toivottavasti pidit opetusohjelmasta ja opit jotain hyödyllistä, jos sinulla on kysyttävää, jätä ne kommenttiosioon tai voit käyttää foorumeitamme muihin teknisiin kysymyksiin.