Тестер АА аккумуляторов

У вас есть куча АА аккумуляторов? Некоторые из них старые, другие новые, и надо определиться, какие из них можно взять с собой в поездку, а какие нет? Я люблю использовать аккумуляторные батареи, но я уверен, что характеристики некоторых из них не соответствуют тому, что написано на упаковке. Просто тестеры аккумуляторов измеряют напряжение, но нам необходимо знать ещё и ёмкость батареи, и сколько она держит заряд. Работу данного устройства можно увидеть в видео в конце статьи.

Шаг 1. Это задача для микроконтроллера!

Простым способом проверки аккумулятора является подключение к нему нагрузки и измерение времени за которое напряжение опустится ниже необходимого. Это простое решение, но оно требует наблюдения за вольтметром в течении длительного времени. С этим прекрасно справится микроконтроллер AVR, освободив ваше время. Мой измеритель тестирует аккумуляторы АА и сообщает их мощности в миллиампер-часах (мАч), поэтому вы можете сравнить их емкость.

Особенности

Прибором можно измерять несколько аккумуляторов одновременно с индикацией каждого на дисплее. Когда аккумулятор разрядится ниже допустимого уровня, он будет отключен. Когда все аккумуляторы протестированы, прибор оповещает об этом звуковым сигналом. Он определяет тип аккумулятора, его начальное напряжение и работает с NiCd и NiMh аккумуляторами. Конструкция основана на микроконтроллере ATmega168 который имеет 6 АЦП, которые будут использоваться для измерения напряжения батареи и тока нагрузки. Каждый аккумулятор требует два АЦП, поэтому одновременно можно измерять до 3-х аккумуляторов. Я построил два тестера, сначала на основе Arduino для отладки, а далее автономный, который является более компактным, и освобождает Arduino для других проектов.

Шаг 2. Основные части

Вот что нам понадобиться:

• Arduino или ATmega168(328p) с обвязкой (см. схему).   
• ЖК-дисплей от Nokia 5510.
• Три MOSFETs транзистора — используются для переключения нагрузки.
• Резисторы для разряда батареи.
• Резисторы для взаимодействия с дисплеем.
• Маленький динамик.
• Текстолит или макетная плата.
• Разъем для батарей типа АА(с раздельными ячейками).
• Корпус.

Шаг 3. Схемотехника

Схема довольно проста, каждая батарея имеет свой нагрузочный резистор для разряда аккумулятора, когда транзистор открыт. АЦП микроконтроллера используется для контроля напряжения батареи. Второй АЦП подключен к транзистору для определения текущего напряжения на резисторе. Оно рассчитывается путем вычитания напряжения на транзисторе из напряжения аккумулятора. Деление напряжения на сопротивление дает значение тока. Умножьте это на время, и вы получите значение в мАч. Если вы посмотрите на код, вы заметите, что всё не так просто. Микроконтроллер измеряет состояние батареи каждую секунду. Таким образом, вместо подсчета мАч, я подсчитываю количество мкАч. 1 мАч = 1000мкАч, т.е. при отображении значение делится на 1000. Код хорошо прокомментирован, так что должен быть всем понятен.

Нагрузочный резистор
Резистор рассеивает много мощности, поэтому используйте достаточно мощный резистор. При тестировании NiCd и NiMH аккумуляторов (1.2В) рассеиваемая мощность составит более 1 Вт, так что используйте достаточно большое сопротивление, или несколько резисторов включенных параллельно. При большем токе, не забудьте использовать толстую проволоку для монтажа.
Я считал возможным тестирование аккумуляторов типа 14500 Li-Ion, потому что они тоже АА, но сопротивление нагрузки для них должно быть больше. Если аккумулятор установлен, программа проверяет напряжение батареи, и не выполняет тест, если обнаруживает Li-Ion аккумулятор. Если бы я не сделал этого, нагрузочного резистор бы получал около 1400мА, что превышает максимальной рекомендуемой разрядный ток 450мА. Резистор бы рассеивал около 6 Вт, что очень много. Я мог бы разработать схему для тестирования Li-Ion аккумуляторов, добавив дополнительные транзисторы и нагрузочные резисторы, но мне это не нужно.

MOSFET (полевой транзистор)
Этот компонент действует как управляемый микроконтроллером переключатель. Когда он открыт, ток с аккумулятора проходит через нагрузочный резистор, постепенно разряжая его. Я вытащил полевой транзистор из старого компьютера. Любое подобное устройство должно работать до тех пор, пока сопротивление сток-исток низкое. 2МОм резистор обеспечивает 0В при вынутых аккумуляторах. Без него, АЦП может выдавать всё что угодно.

Дисплей
Я использовал LCD от старой Nokia 5510 которым достаточно легко управлять. Arduino работает от 5В, но дисплей и управляющие линии требуют не более 3,3В. Я сделал делитель напряжения из резисторов на 1800 Ом и 3300 Ом, который делят 5В до 3,3В. Дисплей имеет подсветку и я включил её через токоограничивающий резистор. Дисплей Nokia является графическим, так что я воспользовался этим и сделал анимированные иконки батареи, чтобы показать их состояние. Библиотеки управления этим дисплеем на основе контроллера PCD8544: https://code.google.com/p/pcd8544/

Шаг 4. Полная схема

Одна из схем предназначена для Arduino, а другая для автономного проекта.

Примечания
— Тестер дает не самый точный, однако вполне приемлемый результат.
— Падение напряжения на полевом транзисторе должно быть незначительным.
— После того как тестирование завершено, тестер продолжает показывать напряжение батареи — поскольку снимается нагрузка, напряжение вернется к минимальному приемлемому, но в действительности аккумулятор разряжен.

Шаг 5. Корпус

Вы можете использовать металлические или пластмассовый корпус, но я решил сделать деревянный. Эта часть проекта делалась довольно долго, но результат мне понравился

Шаг 6. Улучшение

Только через несколько дней после завершения проекта, я понял, что необходима возможность подключать аккумуляторы большего размера. Потому я добавил разъем в нижней части устройства, который просто предоставляет доступ контактам 2-х батарей. Теперь я могу проверить батареи, которые не помещаются в держатель батарей AA. Когда это не используется, разъем с крокодильчиками можно просто вытащить.

Скачать список элементов (PDF)

Оригинал статьи

Прикрепленные файлы:

• battery_tester.rar (5 Кб)