LM3914의 배터리 전압 표시기. 가장 간단한 배터리 충전량 표시기 DC 전압 확인

모든 배터리의 방전을 제어하는 것은 매우 중요합니다. 각 배터리에는 방전할 수 없는 특정 임계값 전압이 있기 때문입니다. 그렇지 않으면 배터리 용량의 상당 부분이 손실되고 더 빨리 저하되며 생산할 수 없게 됩니다. 선언된 전류에 따라 새 제품을 구입해야 하지만 가격이 저렴하지는 않습니다.

이 기사에서는 자동차, 스쿠터, 오토바이 및 기타 차량에 널리 사용되는 12V 납산 배터리에 대한 매우 간단한 전압 표시기를 만드는 방법을 설명하고 보여줄 것입니다. 표시 회로의 작동 원리와 각 부품의 목적을 이해하면 특정 전자 부품의 등급을 변경하여 거의 모든 유형의 충전식 배터리에 맞게 조정할 수 있습니다.

표시된 정격이 포함된 회로도는 3개의 LED가 있는 배터리 단자의 전압 값에 대한 대략적인 정보를 제공할 수 있습니다. 원칙적으로 원하는 LED 색상을 선택할 수 있지만 내 것과 똑같은 색상을 사용하는 것이 좋습니다. 연관성 덕분에 배터리 위치를 명확하게 알 수 있습니다.

따라서 녹색 표시등이 켜져 있으면 배터리 전압이 정상(11.6~13볼트)이고, 흰색 표시등이 켜져 있으면 U = 13 이상을 의미하며, 밝은 빨간색 표시등이 켜져 있으면 배터리 전압이 정상입니다. 급히 부하를 분리하고 0.1C 전류, 11.5V 이하의 전압으로 배터리를 충전하면 배터리가 80% 이상 방전됩니다. 이 값은 대략적인 값이며 사용된 구성 요소의 특성 변화로 인해 귀하의 값이 약간 다를 수 있음을 알려드립니다.

이러한 LED 사이렌의 전류 소비는 최대 15mA로 작습니다. 이것 때문에 괴로워하는 사람들에게는 문제가 되지 않습니다. 우리는 그 틈에 시간 버튼을 두고 기뻐합니다. 이 순간부터 버튼을 누르고 발광색상을 분석하여 배터리를 점검하게 됩니다.

우리는 보드를 물로부터 보호하고 배터리에 부착하므로 이제 매우 편리합니다. 기본 전압계에는 항상 전류 소스가 있으므로 언제든지 테스트할 수 있습니다.

인쇄 회로 기판은 2.2cm에 불과한 소형으로 제작되었습니다. 제 경우에는 DIP-8 패키지의 lm358 칩을 사용합니다. 전류 제한을 제외하고 1%(정밀도)의 정확도를 갖는 저항기를 사용하는 것이 좋습니다. 20mA 전류로 거의 모든 LED(3mm, 5mm)를 사용할 수 있습니다.

테스트는 선형 안정기 LM317의 실험실 전원 공급 장치를 사용하여 수행되었습니다. 사진에서 볼 수 있듯이 응답이 명확하고 두 개의 LED가 켜질 수 있으며 마지막 LED가 정확합니다. 보다 정확한 설정을 위해서는 2번 보드에 있는 스트링 저항기를 사용하는 것이 좋습니다. 이를 사용하면 LED가 켜지는 전압을 매우 정확하게 조정할 수 있습니다.

LED 배터리 전압 레벨 표시기 회로의 작동을 분석해 보겠습니다. 물론 가장 중요한 부분은 LM393 또는 LM358 마이크로 회로(KR1401CA3 / KF1401CA3과 유사)이며 중간에는 두 개의 비교기(삼각형)가 있습니다.

아래 그림에서 볼 수 있듯이 레그는 8개뿐이고, 8번째와 4번째는 전원 공급 장치이고 나머지는 비교기의 입력 및 출력입니다. 먼저 작동을 설명하기 위해 3개의 출력, 2개의 입력(직접(비반전) "+" 및 반전 "-") 및 1개의 출력을 설명하겠습니다. 비반전(+) 입력에는 기준 전압(반전(-) 입력에 공급되는 전압과 비교되는 전압)이 공급됩니다.

직접 입력의 U가 반전 입력보다 크면 출력에서 전원 공급 장치 마이너스가 있고, 그 반대인 경우(반전 전압에서 직접 전압 값보다 더 큰 전압 값이 있음) 출력에는 전원 공급 장치 플러스가 있습니다.

제너 다이오드는 회로에 역방향으로 연결됩니다 (즉, 양극은 마이너스, 음극은 플러스). 소위 작동 전류가있어 잘 안정화됩니다. 아래 그래프를 보면 모든 것을 이해할 것입니다.

이 전류는 전력 및 전압이 다른 제너 다이오드에 따라 다릅니다. 제너 다이오드 문서에는 최소(Iz) 및 최대 안정화 전류(Izrm)가 표시되어 있습니다. 이 간격에서 필요한 것을 선택하십시오. 최소값이면 충분합니다. 이 전류 값은 저항 덕분에 달성됩니다.

다음은 간단한 계산입니다. 총 U = 10V, 제너 다이오드는 5.6V, 즉 10-5.6 = 4.4V를 의미합니다. 문서(데이터시트)에 따르면 min Ist=5mA입니다. R=4.4V / 0.005A = 880Ω을 고려합니다. 저항기의 저항 값은 내 것처럼 약간 다를 수 있습니다. 별거 아닙니다. 가장 중요한 것은 전류가 Iz보다 작지 않다는 것입니다.

저항 100kOhm, 10kOhm 및 82kOhm으로 구성된 삼중 전압 분배기. 이들 각각에 대해 수동 부품특정 전압을 "정착"합니다. 반전 입력에 공급됩니다.

배터리의 방전/충전 정도에 따라 서로 다른 전압이 떨어집니다. 회로는 제너 다이오드 ZD1 5V6이 직접 입력에 5.6V를 공급하도록 구성됩니다(간접 입력의 전압을 비교하는 기준 U). 예를 들어 배터리가 심하게 방전되면 첫 번째 비교기의 간접 입력에는 직접 비교기보다 낮은 전압이 공급되고 두 번째 비교기의 입력에는 더 높은 전압이 공급됩니다.

따라서 첫 번째 출력은 마이너스 출력을 제공하고 두 번째 출력은 포지티브 출력을 제공하며 빨간색만 켜집니다. 비교기 I이 플러스를 생성하고 II가 마이너스를 생성하면 녹색이 켜집니다. 흰색은 둘 다 양극 출력을 제공할 때 마지막 두 개의 발광 다이오드가 동시에 켜질 수 있기 때문입니다.

바로 아래에서 완성 된 전압 표시기 사진을 참조하십시오.

또한 한 가지 점을 지적하고 싶습니다. Opel 자동차를 가지고 있고 튜닝이나 단순히 수리 등의 작업을 수행하려는 경우 이를 수행하는 훌륭한 회사가 있다는 것입니다.

12V 배터리는 매우 널리 사용됩니다(보통 7Ah 밀폐형 납축 배터리). 저는 LED를 사용하여 전압 레벨을 표시하는 현대적인 맞춤형 SOC(충전 상태) 미터를 만들려고 여러 번 시도했습니다. 그러나 각 클라이언트에는 해당 장치의 자체 기능이 필요하며 차이점은 종종 최소 및 최대값전압.

도달 시 경고음을 제공해야 하는 경우 낮은 수준전압이 있는 경우 세 가지 전압 레벨을 모니터링해야 합니다. ~에 표준 방법조정을 위해 전위차계가 사용되지만 두 번째 및 세 번째 경고음이 필요한 경우 이 방법은 허용되지 않습니다.

테스트 중에 회로의 전류 범위는 45mA ~ 150mA인 것으로 나타났습니다. 표준 LM3914 배터리 모니터는 46시간 이내에 7Ah 배터리를 방전합니다.

이 프로젝트의 목표는 다음 구성 요소와 특성을 갖춘 배터리 표시기를 만드는 것입니다.

LED 표시기
조정 가능한 최대 전압 레벨
조정 가능한 최소 전압 레벨
3개의 조정 가능한 경보 임계값 수준(일반적으로 50%, 30%, 20%)
소리 알람은 거슬리지 않아야 하며 음소거 기능이 있어야 합니다.
최소 버튼 수
저전력 소비.

이 프로젝트에서는 ATmega328P 마이크로 컨트롤러를 사용했습니다.

1단계: LED 표시기

이 프로젝트는 간단하고 편리한 방법을 사용합니다. LED 표시기. 막대 표시기에는 다양한 전압 레벨을 나타내는 6개의 LED가 있습니다.

LED 6 - 100%
LED 5 - 80%
LED 4 - 60%
LED 3 - 40%
LED 2 - 20%
LED 1 - 0%

0% LED는 프로그래밍 방식으로 최소 전압 레벨에 연결됩니다.
LED는 100% 소프트웨어로 연결되어 있습니다. 최대 레벨전압.

0%에서 100% 사이의 표시 배율은 선형입니다. 0%이면 1번 LED만 켜지고, 100%이면 모든 LED가 켜집니다.

에너지 절약을 위해 LED 표시등이 항상 켜져 있는 것은 아닙니다. 표시등을 켜려면 버튼을 눌러야 하며, 30초 후에 표시등이 자동으로 꺼집니다.

2단계: 전압 및 경보 수준

전압을 정확하게 측정하려면 배터리 전압을 낮추는 것이 필요합니다. 이를 위해 공칭 값이 1mOhm 및 82kOhm인 저항기를 사용하여 전압을 1.1V로 낮추는 전압 분배기가 사용됩니다. ADC의 내부 전압 레퍼런스가 1.1V로 설정되어 있으므로 최대 14.45V까지 비교 및 측정이 가능합니다.

5가지 전압 레벨을 모니터링해야 합니다.

최대 전압 레벨
최소 전압 레벨
부족전압 경보 레벨 1개
저전압 경보 레벨 2
레벨 3 저전압 경보

전위차계를 사용하는 대신 특이한 방법을 사용하기로 결정했습니다. 소프트웨어 루틴을 사용하여 전압 레벨을 기록하고 다양한 A/D 변환 결과를 EEPROM 메모리에 저장했습니다.

표시 LED는 프로그램 순서를 표시합니다. LED를 켜고 프로그래밍 모드로 들어가는 데는 하나의 버튼만 사용됩니다.

3단계: 소리 알람

표준 피에조 비퍼는 사운드 신호를 생성하는 데 사용됩니다. 시스템은 세 가지 수준의 비상 음향 신호를 제공합니다.

알람 1은 몇 초 동안 한 번 울립니다. 이 유형 소리 신호화를 비활성화할 수 있습니다.
알람 2는 몇 초 내에 두 번 울립니다. 이러한 유형의 경보음은 비활성화될 수 있습니다.
알람 3은 몇 초 내에 세 번 울립니다. 이러한 유형의 경보음은 비활성화할 수 없습니다.

알람이 꺼진 경우 자동 재설정 기능을 활성화하면 배터리가 완전히 충전되면 알람이 다시 켜질 수 있습니다. 배터리 전압 레벨이 60%를 초과하면 경보음을 다시 활성화하는 재설정 기능을 사용했습니다.

4단계: 최소 버튼 수

모든 기능은 하나의 버튼으로 수행됩니다.

지시자

버튼을 누르면 표시기가 켜집니다. LED 표시등이 켜지고 30초 후에 자동으로 꺼집니다.

신호 보내기

이 버튼을 사용하면 알람 1 및 2 모드에서 소리를 끌 수 있습니다.

프로그램 작성

프로그래밍 모드로 들어가려면 장치에 전원이 공급되는 동안 버튼을 5초 동안 길게 누르세요.

5단계: 낮은 전력 소비

장치 전력 소비를 줄이는 방법에는 여러 가지가 있습니다.

지시자

LED 표시등은 계속 켜져 있지 않습니다(버튼을 사용하여 켤 수 있으며 30초 후에 자동으로 꺼집니다). 결과적으로 120mA를 절약할 수 있습니다.

마이크로컨트롤러 공급 전압

ATmega328P 마이크로 컨트롤러는 5V에서 작동하고 3.3V보다 훨씬 더 많은 것을 소비합니다. 따라서 벅 레귤레이터를 사용하여 전압을 3.3V로 최적화했습니다.

전압 조정기

표준 7805 레귤레이터는 약 20mA의 전류를 소비합니다. 78L05 IC를 사용할 때 소비 전류는 3.5mA입니다. 그러나 LP2950 3.3V를 사용하면 소비전류가 0.1mA로 떨어진다.

클록 주파수 선택

ATm ega328P 데이터시트에 따르면 표준 주파수 16MHz에 비해 8MHz의 내부 클록 생성기를 선택하면 전류 소비를 10mA에서 1mA로 줄일 수 있습니다.

나는 최고의 속도/성능 비율을 위해 프로젝트에 8MHz의 클럭 속도를 선택했습니다. 그러나 이를 수행하려면 를 사용하여 ATm ega328P 구성 레지스터를 다시 프로그래밍해야 합니다.

메모:
퓨즈를 교체하고 싶지 않다면 마이크로컨트롤러는 16MHz로 실행됩니다. Delay(), Millis() 값을 ms 단위로 실제 값으로 변경해주세요.

수면 모드

AtMega328P 마이크로컨트롤러를 절전 모드로 전환하면 에너지도 절약할 수 있습니다. 이 모드에서는 대부분의 마이크로 컨트롤러가 인터페이스 장치를 끄므로 전류 소비를 0.001mA로 줄일 수 있습니다. 그러나 이 모드에서는 마이크로컨트롤러가 더 이상 작동하지 않으며 이 경우에는 전압을 측정하지 않습니다.

감시 타이머는 마이크로컨트롤러를 절전 모드에서 깨우는 데 사용됩니다. 8초마다 마이크로컨트롤러를 깨우도록 타이머를 설정하면 전력 소비가 크게 줄어듭니다.

에너지 절약 결과

위의 기술을 사용하여 장치가 절전 모드에 있을 때 회로의 전력 소비가 80mA에서 0.12mA로 감소되었습니다. 평균적으로 회로는 0.28mA를 소비합니다.

에너지 절약 기능을 사용하지 않으면 회로는 약 2.8일 만에 7Ah 배터리를 방전합니다. 에너지 절약 기능을 사용할 경우 동일한 배터리는 3.5년 후에 수명이 다합니다.

6단계: 개요

내가 사용한 PCB를 디자인하려면 무료 버전. 푸시 버튼을 제외한 모든 구성 요소는 인쇄 회로 기판에 설치됩니다. LED를 제외하고는 장치 조립으로 인해 문제가 발생하지 않습니다. 동일한 거리에 정확하게 위치해야 합니다.

회로에 3.3V 전원이 공급되므로 일부 5V 피에조 버저는 작동하지 않습니다. 따라서 트위터는 12V 전압 소스에 연결되고 트랜지스터를 통해 제어되어야 합니다. 좋은 사운드를 얻으려면 저항 R6의 값을 선택하십시오.

7단계: 장치 교정

장치를 교정하려면 조정 가능한 전압 소스와 멀티미터를 사용해야 합니다.

교정 모드 들어가기

버튼을 길게 누르세요.
- 장치를 전원에 연결하십시오.
- 5초 후에 장치에서 연속 경고음이 울립니다.
- 버튼을 놓습니다
- 장치에서 6번의 경고음이 울립니다. (최대 전압이 설정됨)
- 상단 LED가 켜집니다.
- 장치가 교정 모드로 들어갔습니다. 모드를 종료하려면 버튼을 누르지 않고 전원을 끄세요.
- 전원 공급 장치 출력을 LED 표시기에 표시된 최대 출력 전압(보통 12.7V)으로 조정합니다.
- 버튼을 클릭하세요
- 장치에서 5번의 경고음이 울립니다. (최소 전압이 설정되어 있음)
- 가장 낮은 LED가 켜집니다.
- 전원 공급 장치 출력을 LED 표시기에 표시된 최소 출력 전압(보통 11.8V)으로 조정합니다.
- 버튼을 클릭하세요
- 장치에서 4번의 경고음이 울립니다. (알람 1로 설정)
- 하단 4개의 LED가 켜집니다.
- 전원 공급 장치 출력을 알람 1 전압 레벨(일반적으로 12.4V)로 조정합니다.
- 버튼을 클릭하세요
- 장치에서 경고음이 3번 울립니다. (알람 2 설정)
- 아래쪽 LED 3개가 켜집니다.
- 전원 공급 장치 출력을 알람 2 전압 레벨(일반적으로 12.2V)로 조정합니다.
- 버튼을 클릭하세요
- 장치에서 경고음이 2번 울립니다. (알람 3 설정)
- 이 경우 하단 LED 2개가 점등됩니다.
- 전원 공급 장치 출력을 알람 3 전압 레벨(일반적으로 12.0V)로 조정합니다.
- 버튼을 클릭하세요
- 다음으로 장치는 캘리브레이션 절차가 종료되었음을 의미하는 신호음을 1번 울립니다. LED 표시등이 30초 동안 켜집니다.

프로그래밍된 모든 값은 EEPROM 메모리에 저장되므로 교정은 한 번만 수행됩니다.

방사성 원소 목록

지정	유형	명칭	수량	메모	내 메모장
IC1	MK AVR 8비트	ATmega328P	1		메모장으로
IC2	선형 레귤레이터	LP2950-33	1		메모장으로
1분기	바이폴라 트랜지스터	MMBT2222A	1		메모장으로
LED1-LED3	발광 다이오드	녹색	3		메모장으로
LED4	발광 다이오드	노란색	1		메모장으로
LED5, LED6	발광 다이오드	빨간색	2		메모장으로
C1, C2	콘덴서	0.1μF	2		메모장으로
C3, C4	콘덴서		2		메모장으로
R1	저항기	1MOhm	1	1%	메모장으로
R2	저항기

가장 놀라운 점은 충전량 표시 회로입니다. 배터리트랜지스터, 마이크로회로, 제너 다이오드가 포함되어 있지 않습니다. 공급된 전압의 레벨이 표시되는 방식으로 연결된 LED와 저항기만 있습니다.

표시 회로

장치의 작동은 LED의 초기 켜기 전압을 기반으로 합니다. 모든 LED는 작동하기 시작하는(빛나는) 전압 한계점을 초과하는 전압 제한점이 있는 반도체 장치입니다. 거의 선형적인 전류-전압 특성을 갖는 백열등과 달리 LED는 전압이 증가함에 따라 전류의 기울기가 급격하게 변하는 제너 다이오드의 특성에 매우 가깝습니다.
저항과 직렬로 회로에 LED를 연결하면 전압이 회로의 각 섹션에 대한 회로의 LED 합계를 개별적으로 초과한 후에만 각 LED가 켜지기 시작합니다.
LED를 열거나 켜기 시작하는 전압 임계값의 범위는 1.8V ~ 2.6V입니다. 이는 모두 특정 브랜드에 따라 다릅니다.
결과적으로 각 LED는 이전 LED가 켜진 후에만 켜집니다.

나는 범용 회로 기판에 회로를 조립하고 요소의 출력을 함께 납땜했습니다. 더 나은 인식을 위해 다양한 색상의 LED를 사용했습니다.
이러한 표시기는 6개의 LED뿐만 아니라 예를 들어 4개의 LED로도 만들 수 있습니다.
표시기는 배터리뿐만 아니라 음악 스피커의 레벨 표시에도 사용할 수 있습니다. 장치를 스피커와 병렬로 파워 앰프의 출력에 연결합니다. 이 방법으로 스피커 시스템의 중요한 레벨을 모니터링할 수 있습니다.
이 매우 간단한 회로의 다른 응용 분야를 찾는 것이 가능합니다.