ТЕМА: Програма зарядного пристрою "How are you, friend!V1.0"

Є такий простий пристрій XY-L10A



китайці молодці що зробили його, народу таки прості пристрої подобаються,
але ж завжди знаходяться ті кого не влаштовує звичайна простота, і для аматора там не все комільфо.

Тому вирішив зробити своє, практично теж саме, тільки тут варіант аматорський.

І так пропоную вам подивитись на мій варіант, чи як з простого зробити зручне, та ...
та взагалі тут багато можна базікати, переходжу до справи - і цей проект далі отримує назву "Як справи друже!"("How are you, friend!V1.0")
Далі з опису можно буде докладніше зрозуміло чому така назва.



Ця схема призначена для керування та контролю заряджання акумуляторів, в автономному режимі працювати та автоматично під заряджати батарею. Але ця схема приблизна, тут треба звертати увагу якої потужності ви плануєте робити пристрій, вважаю що комплектация схеми у всіх буде різна. Особливо для великого струму А , і після 12V теж.

Весь час пристрій працює за принципом контролю напруги. Якщо, наприклад, встановити нижню межу напруги 12.0V і верхня межа буде14.0V,
то коли напруга 12V-батареї впаде нижче цієї межі, то контакти реле Р-1 замкнуться і почнеться заряджання батареї від зовнішнього джерела струму.
Зарядка буде продовжуватись, поки напруга на батареї не досягне верхнього рівня 14.0V, після чого реле Р-1 вимкнеться і заряд припиняється, і далі процес автоматично повторюватиметься.

Ще як варіант при належній комутації схеми реле Р-1, цей пристрій можна розглядати та використати як контроль за виснаженням АКБ, наприклад коли до АКБ під'єднано инвертор, в такому випадку треба слідкувати щоб не сталося розряду нижче допустимого, тому що треба захистити АКБ від сульфатации пластин.
У цьому випадку, сенс логіки програми "How are you, friend!", відповідає роботи пристрою как є зараз, тільки коммутация реле Р-1 інша..
Але виснаження то інше, а зараз розглядається малюнок схеми для автоматичного увімкнення/вимкнення пристрою заряджання акумуляторів

Головний принцип роботи пристрою, це контроль напруги заряду АКБ (програмно до 50(80) Вольт), всі інші додаткові зручності в схемі другорядні.
До контролера пристрою під'єднано LCD дисплей, на якому відображається напруга, температура , графічний показометр рівня заряду батареї,
також там є зворотній таймер на час заряду. І є підрахунок часу вимкнення/увімкнення заряда АКБ. ( передбачається, що при роботі пристрою, можно користуватись чимось одним, зворотним таймером, чи таймерами підрахунку часу вимкнення/увімкнення пристрою).

Спрацювання реле Р-1 відбувається при досягненні порогових значень напруги на клемах АКБ.
Значення напруги увімкнення та вимкнення, встановлюється користувачем в меню мікроконтролера.
Одна із запланованих особливостей схеми, це можливість, дистанційно дивитись дані про стан зарядки АКБ та керувати пристроєм дистанційно.
Відповідно до цієї можливості, коли можна будь-якої миті та в будь-якій точці, дізнатися стан АКБ, і виник варіант назви пристрою "Як справи друже!" V1.0.

Програма мікроконтролера обробляє інформацію від наступних даних;
вольтметра РС-2 , амперметра РС-3, термометра РD-7, кнопки РD-2 ...РD-4, приймає RX РD-0 (UART функция поки ще опрацьовується) ,
опрацьовує та відображає цю інфу на дисплей.

Керує пін МК;
РС-1 реле увімкнення/вимкнення струм на батарею.
РD-5 якщо увімкнено “ЧІЗ або PWM метод”, керує електронним ключем Vt-3 (драйвер верхнего плеча) .
РВ-0 регульоване PWM підсвітлення екрану.
РD-6 керований вихід термометра ( спрацьовує по налаштуванням в меню “t°” i “d”) .
РD-1 відправка ТХ даних (UART функция на даний час ще опрацьовується, незабаром оновлення версії)

Для праці пристрою, важливо яке буде використано джерело живлення, на схемі не намальовано в повному обсязі якби воно мало бути, тут ви любі друзі маєте робити варіанти які заплануєте та які вам заманеться.
Ідеальний варіант, це на кожну напругу окреме джерело живлення. Але ж такого не буде, тому що не все так просто, саморобні БЖ робити це ще та турбота , а купувати БЖ там ціна, в залежності від якості коштує добре.
Тому моя справа зараз написати ТТХ напруги, а ви все зробите те що потрібно вам....

Про напруги пристрію:
U-1(U-2,U-3) постійна напруга +5V, але з U-1 все добре , він живиться від U-4 яке в свою чергу через роз'єм XR-1, отримує напругу в межах від +6 до 36V.
На XR-2 це ваш вибір, ви можете подавати будь що з належного джерела до +50V. Але якщо ви наприклад будете використовувати автомобільну АКБ +12V, то нащо вам коштовне живлення до +50V, вам потрібно буде простіше БЖ мах. 15 вольт (тільки обов'язково, щоб з належною потужністю до вашої батареї)....
Правильно плануйте тривалий струм зарядки - зазвичай він обирається в 10 разів менше за ємність батареї. Наприклад, для зарядки батареї ємністю 20 А/год вибір струму заряду близько 2..3A. Майте на увазі, що занадто великий струм може призвести до перегріву батареї і навіть її вибуху (це особливо актуально для Li-Po батарей).
Також на схемі не розкрито в повному обсязі звідки брати напруги +3.3V, +12V, +60V, це тому що вирішення цих питань залежить від того які компоненти ви застосуєте, тому треба самостійно все спланувати, і виконати БЖ під ваше завдання... Згоден, вигадувати це важко, але так треба :)).


Приєднання батареї до XR-3
Батареї живлення різноманітні, тому спочатку під'єднання треба в меню робити налаштування параметрів батареї.

Про питання по БЖ які треба вирішити самостійно розповів вище, зараз розповім як користуватися програмою пристрою та керувати їй.

Початок та перший крок це вмикання і подача живлення на мікроконтролер, якщо в цей час утримувати кнопку Кн1, то ви опинитесь в меню налаштування контрастності екрану.
Можно Кн1 та Кн3 спробувати оптимально долаштувати потрібну контрастність вашого екрану.

Якщо у час вмикання утримувати кнопку Кн2, потрапляєте в меню вибір діапазонів амперметра - вольтметра та мову.

У цих меню робиться програмне перемикання діапазону амперметра 1) до 10А чи 2) до 50А
вибір діапазонна вольтметра 50 чи 99 вольт. Вибір діапазонів треба визначатися та планувати заздалегідь , т.е. до монтажу і наладки схеми в залізі.
Тому якщо потім в залізі готового пристрою, забажаєте змінити діапазон, то буде складніше, чим перемикання тільки программной кнопки.
Головний екран:
Вигляд головного екрану, що тут можна побачити

п.4 - головний вольтметр пристрою,
п.5 - відображає в якому стані знаходиться реле Р-1,
п.6 - амперметр (на цей час виконує тільки функцию “показометра”),
п.7 - термометр, також на цей час використовується як “показометр”, але у нього є РD-6 керований вихід термометра, тому його можно задіяти як тепловий контроль та запобіжник.
п.8 - графічний “показометр” рівня заряду.
п.9 - в цьому місці можна бачити , що в нас увімкнуто “PWM метод” чи “ЧІЗ метод” (time-pulse charging), або якщо був перетин температурной межи, то там з'являється символ “t°off”.

п.1 Коли в режимі основного екрана, робимо короткий натиск кнопки Кн1 активуємо таймер зворотного відліку.
Таймер увімкне процес заряджання на якийсь налаштований час (години : хвилини)
Таймер зворотнього відліку по досягненню закінчення часу 00:00, припиняє процес зарядки .
Повторне натискання Кн1 додає до існуючого часу +15 хвилин.
Тривале утримання Кн1 призведе до вимкнення таймера зворотнього відліку.

п.2 Тривале утримання призведе до вимкнення РС-1 (реле Р-1) та РD-5 (PWM).
Якщо зробити таке вимкнення , тоді пристрій не буде робити заряд батареї ні при яких обставинах.

п.3 Коли в режимі основного екрана, робимо короткий натиск кнопки Кн3 активуємо “показометри” часу вимкнення/увімкнення заряда АКБ (відлік цього часу, у програмі ні на що не впливає)
Тривале утримання Кн3 призведе до вимкнення (зникненя) “показометрів” відліку часу.


За рахунок графічного екрану, вийшла зручна навігація по меню налаштувань.

Як коригувати та робити налаштування параметрів?
Це треба робити коли ми в режимі основного екрана.
Робимо короткий натиск кнопки Кн1 відбувається вхід в меню налаштувань.

Перше після натискання Кн1, з’являється меню налаштувань напруги.
В ньому потрібно встановити верхню межу та нижню межу напруги.
За цими значеннями напруги обчислюються кордони заряда батареї, та за цими значеннями відображається візуальне графічне наповнення п.8 заряду батареї.
За цими ж значеннями , коли зроблено вибір “PWM” метод, обчислюється розмір ширини імпульсів навантаження напруги.

Верхня напруга використовується для визначення моменту припинення заряджання. Нижня знов вмикає процес зарядки батареї. Різниця між ними, це дельта.

Перехід до наступного меню

Встановлюемо відсоток рівня підсвітлення екрану.
Та проміжок часу на який вмикається підсвітлення екрану 1)постійно, 2) 10 хвилин.



Обираємо метод заряджання
1) “Реле”, це класичний метод.
2) “ЧІЗ” метод , (час-імпульсне заряджання time-pulse charging) ще цей метод можна сприймати як “крапельний”, частота 11гц.
3) “PWM” метод, частота 21кгц , відслідковує межу струма, і напруги.


У цьому меню робиться програмне встановлення межі струму для “PWM” метод, та властивості імпульсу для “ЧІЗ” модульований/немодульований.


Меню термометра, межа температури та дельта.
Праця термометра на цей час не має вплив на логіку програми , але у термометра є керований вихід РD-6.
А це можливість на ваш розсуд , наприклад зробити тепловий захист батареї при заряджанні, якщо він вам потрібен.

Наразі маємо такі варіанти заряджання.
1) с назвою "Реле"-по принципу роботи він схож XY-L10A ,слідкує за напругою, і він в праці циклічний ,
При заряджанні коли напруга досягає верхнього рівня заряджання припиняється, з часом коли напруга знижується до нижнього рівня процес зарядки батареї знов вмикається.
2)“ЧІЗ” метод , використовує час-імпульсне заряджання, це повільній метод, зі слабим нагревом та газовиділенням.
3) “PWM” метод, при якому пристрій буде намагатися утримуватись на межі встановленого струму, умова припинення заряджання, досягнення верхньої напруги.

Крім контролю верхньої напруги акумуляторної батареї, що заряджається,
є ще другий спосіб припинення процесу заряджання, по таймеру зворотного відліку п.1 , по досягненню часу 00:00, заряджання батареї припиняється.
Щоб поновити циклічну працю пристрою зробить натискання Кн1 більш чим 5 сек , чи короткими натисканнями Кн1 додайте ще час? до часу зворотного таймера.

Версія 1




Протеус, прошивка.

Версія 2
Є можливість роботи схеми зарядного пристрою, спільно з мобільним додатком.
Схема


Архів з протеусом та прошивкой.


Про моб. додаток відео


Посилання на файл мобільного додатка

Посилання на статтю, де аналогічні налаштування до хмарного сервісу

Шанувальникам програми App Inventor, розширення PickerMetod яке застосовано у цьому проекті, можна взяти тут.

Непогана штуковина вийшла. Одне лиш засмучує... це теперішня ціна на комплентацію (ATMega328, Nokia5110) і їхній дефіцит.

LCD Nokia 5110 84x48 купляв у березні по 106грн.

У мене є кітайські контролери XY-L30A та XH-M604. За функціоналом вони майже однакові, та досить примітивні. Хочу зробити безперебійник для GPON та Wi-Fi. Недолік їх у тому, що не мають контролю від розряду АКБ. Так що ідея Oto зробити такий пристрій досить цікава.
PWM спосіб заряджання може вирішити проблеми регулювання струму заряду від нерегульованого джерела та зміни його значення в функції часу.
Питання: чому використано 11.0592 МГц частоту кварцу?

Пропоную замінити слово "кордон" для амперметра на "діапазон".

У мене є декілька Atmega8 у DIP корпусі. Чи можна для них переробити як віріант прошивку замість Atmega328?

studiotandem пише: доведеться з попередніх саморобок що на яки мода пройшла, випаяти запчастини :)
plasmacut пише: Це треба щоб потім праця Wi-Fi була стабільною.
plasmacut пише: всі зауваження обміркую, дякую
plasmacut пише: так виходить, що вміст програми лише у Atmega328 влазить.

Oto пише: Можливо я щось не розумію... але задавати струм ключем (Vt-3 IRF4905) навіть з допомогою PWM зовсім не найкраща ідея. При відкритому Vt-3 струм обмежуватиметься лише внутрішніми опорами батареї та джерела живлення. І байдуже що там буде міряти МК в середньому. Доцільніше було б зробити вузол заряду як у цій конструкції.

studiotandem, добре.
Взяв звідти схему, намалював три блоки D-2
на вашу думку що з цього буде "жити" в цій схемі?

Всі три схеми у попередньому повідомленні це по суті той самий ключ... але у різному виконанні. І ось що виходить. Ви керуєте ключем за допомогою PWM. Тобто якийсь час ключ відкритий, а якийсь час закритий. Коли ключ закритий, то зрозуміло - струм не тече. А ось коли відкритий то тут виходить цікаво. Уявимо що Ви заряджаєте автомобільний акумулятор (а він може прийняти струм десятки ампер!!!) і живите це БЖ як Ви пишете...Oto пише: Тепер уявімо що це потужний БЖ але без захисту по струму. При відкритому ключі Vt-3 і ідеальному акумулятору з ідеальним БЖ згідно закону Ома струм прямуватиме до безкінечності. Але так як БЖ та акумулятор у нас не ідеальні, то струм визначатиметься внутрішніми опорами того ж БЖ та акумулятора. Тобто він буде не контрольований і лише питання часу коли щось вийде з ладу. Ви, очевидно, розраховували що МК вирахує середній струм і все буде ОК. Але тут буде як в анекдоті.... Одні їли м'ясо а інші капусту... а середньому всі їли голубці. Можна обмежити струм послідовно включеним резистором. Це просте рішення...але зведе нанівець універсальність та КПД. Я пропоную зробити щось подібне як на малюнку (обведено червоним). Дросель накопичує енергію при відкритому ключі, а при закритому віддає. Все просто. Це виходить звичайний Spep-down DC/DC перетворювач. Перевірений у роботу у подібній конструкції. Лише визначитись з індуктивністю дроселя виходячи з частоти PWM. Все це не потребує великого ускладнення... але гарантує коректну роботу. Якось так виходить.

studiotandem пише:

Частота низька 11гц,
і може я даремно на нього кажу PWM, треба казати просто ключовий режим..
Таку низьку частоту вирішив реалізувати, за прикладом мого контролёру сонячної батареї, виробник контролера кітай.

Oto пише: В такому випадку всі "прєлєсті" такого способу я описав вище. Залишити іх такими чи позбутися вирішувати Вам. Запитання... А чому така низька частота? І чому до неї прив'язка?
І ще.... По схемі мені незрозуміло звідки знімається вихідна напруга (на споживач). Бо на схемі виглядає так, що реле Р-1 під'єднує акумулятор коли є потреба його зарядити. Але це саме можна зробити просто закривши Vt-3. І реле стає зайвим.

Не зайвим було б якби на запитання "Як справи друже!"... друг відгукувався і повідомляв не лише про струм заряду... але і струм розряду. Інакше що він за друг?... Схемотехнічно це виглядатиме як у вищенаведеній мною конструкції. В гілці обговорення я викладав матеріал як це грамотно (і простіше) все зробити на одному здвоєнному операційнику (і навіть не Rail-to-Rai) з хорошою лінійністю у всьому діапазоні. Та й від підстоєчних резисторів (як ненадійних елементів) можна відмовитись замінивши їх програмною калібровкою. Але це все лише моє бачення.

studiotandem пише: Трохи поміркував і зрозумів що неправильно роблю опис.
PWM це не те що там є, те що я роблю мае назву час-імпульсне заряджання.
Є такий метод, його я и побачив у себе в китайской зарядке аккумулятора від сонячних панелей.
Тому я взяв цей метод (зрештою можна що-небудь у них можна запозичити :))
В інтернеті почитав, є фанаті цього методу, то там тиждень тримають АКБ в режимі, один імпульс 200 мс кожні через 20 сек.
І здається є задоволені, може і нам сподобається )))
Тому зараз поки буде 11гц, а далі подивимось що воно таке.
studiotandem пише: Собі я зроблю з реле, якби воно там не було зайве. Тому що з реле "нічого не станеться" воно для всіх випадків як запобіжник. А от Vt-3 можуть як "семкі летіти" , в даташите і написано 50А, та також треба дивитись що воно витримає.

studiotandem пише: Так, не завадить, і це добра порада, хоч заради цього доведеться ще трохи ускладнити схему


studiotandem пише: я ще дуже аматор, тому поки гадки не маю як таке універсальне зробити :).

Oto пише: Ага... тепер зрозуміло звідки ноги ростуть. Від сонячних панелей. Але сонячні панелі і живлення від мережі це дві великі різниці. У панелей енергія накопичується конденсатором і короткими імпульсами віддається в акумулятор. До того ж панелі мають такий параметр як струм короткого замикання і він відносно невеликий, і залежить від погоди. Спалити щось ним важко (але можливо). Не на 100 ж метрів квадратних у Вас панель. З живленням від мережі все по іншому. Уявіть.... акумулятор 12В під'єднаний до БЖ 50В. Який потече струм? Правильно.... весь на що здатен БЖ... і якщо в ньому не буде ніякого обмеження то сумною буде його доля.
Oto пише: Збирають таким чином енергію в похмуру погоду. А коли назбирають достатньо то впіхують в АКБ. Типу "капельний" метод.
Oto пише: ... може... але маю великі сумніви щодо цього...

studiotandem пише: Так, це відмінний спосіб відправити акумулятор у "космос".
Дійсно я б до такого не додумався,
тому що, кожен повинен розуміти що акумулятори 3V/6V/9V/12V/18V/24V/48V це різні акумулятори, і кожен з цих акумуляторів потребує відповідної напруги до вашого БЖ, а це має бути приблизно + 25 відсотків до номіналу напруги вашого аккумулятора.
Це і так зрозуміло, не вдасться з одного БЖ 50 вольт заряджати все.
Потрібно робити зарядний пристрій, який відповідає напрузі до вашої батареї.
studiotandem пише: Та у мене увесь час теж таке питання, чи відомо кому яка частота повинна бути і влаштує необхідності для всіх.
Я в цьому питанні не гуру, а опису цього параметру ніхто в своїх зарядних не викладає.
Наприклад у засиланні на ту статтю , я не зміг побачити яка частота керує ключем.

Oto пише: Насправді це не зовсім так. Такий підхід був актуальним у трансформаторну еру. З появою DC/DC перетворювачів підхід дещо змінився. DC/DC перетворювачу байдуже що на вході (в межах розумного)... його ж задача підтримувати таку напругу на виході щоб забезпечити потрібний струм заряду. Прилад на який я постійно посилаюсь так і працює. І заряджати ним можна і 1.2в акумулятори формату АА, і літій-іонні, і 12в гелеві з хорошим КПД. Що я успішно і робив. Там лише програма під це не "заточена" і доводиться все виставляти вручну. Джерелом живлення були і 9В і 19В БЖ. Головне щоб напруга БЖ перевищувала напругу акумулятора.
Oto пише: Як виявляється не потрібно.
Oto пише: В статті це не вказано.... а ось у темі обговорення ще й як вказано. Там є купа різних прошивок. Частота там приблизно 15 і 30 кГц (в залежності від кварцу). Якщо це зацікавить... то зверніть увагу на мої повідомлення в темі обговорення. Там є корисна інформація щодо різних аспектів (точність, КПД....) приладу. Зарядна частина там - це практично те, що вам потрібно. Але Вам видніше...

Про акб досить розумно варто ознайомитись

studiotandem пише: Так дійсно все цікаво і корисно, але розчарую всіх, розумна зарядка навряд у мене вийде, у мене у мене логіка та плани трохи не співпадають про те що інші планують, мені тут ще треба зосередитись на Wi-Fi функции, щоб у цей схеми таки була особливість на яку я розраховував....

Але все одно , тут є можливість зробити PWM 21кҐц.
Я це зроблю. В меню це буде ще один третій метод заряджання "PWM 21кҐц".
Та одразу на простому прикладі маю питання, по застосуванню метода "PWM 21кҐц".
Приклад №1 - початкові налаштування схеми такі "верх 14.4в", "низ 11.4в", БЖ=16 вольт (АКБ розряджений =10.4в)
Після увімкнення схеми в роботу , маю таке
1)напруга < 11.4в , заповнення PWM=100% (струм максимум, але повинно бути все ОК! )
2)напруга між 11.4в та 14.4в PWM= регулюється від 100 до 0%
3)напруга> 14.4в PWM=0%
В цьому прикладі все ОК! і все мені зрозуміло.

Другий приклад.
Маємо - початкові налаштування схеми такі "верх 14.4в", "низ 11.4в", БЖ=50 вольт (АКБ розряджений =10.4в)
1)напруга < 11.4в , заповнення PWM=100% (струм супер максимум!! )
2)напруга між 11.4в та 14.4в PWM= регулюється від 100 до 0%
3)напруга> 14.4в PWM=0%

Я розумію що до шага 1), PWM наприклад 30% виправить проблему "супер струма", але дайте пораду на що орієнтуватись щоб програма МК при < 11.4в та БЖ =50в, починала з розрахункових PWM=30% ?

Ще один вхід АЦП задіяти, щоб порівнювати напругу АКБ та БЖ?

Чи зробити щоб все залежало від ручних налаштувань, де наприклад попередньо вносити напругу БЖ =50в?

Чому так лякає PWM? Давайте по порядку. PWM має кількість кроків, які залежать від МК та частоти на якій він працює. Чим більше кроків - тим краще. Регулювання зарядного струму здійснюється таким чином. Вмикаємо "заряд"... PWM стартує від нуля. Напруга (підсилена ОП) з струмового шунта подається у МК. МК порівнює з заданим в налаштуваннях струмом . Якщо струм через АКБ менше заданого то йде команда збільшення на один крок PWM. Далі знову вимір-порівняння-збільшення.... і так до того часу поки покази не вирівняються. Після цього підтримка такого струму . Тобто PWM вийде на якийсь крок і в його межах буде коливатися.
Oto пише: Такого не повинно бути при правильному налаштуванні PWM. Тому що PWM відстежує не тільки струм... але і напругу живлення щоб втримати цей самий заданий струм. Це важливо розуміти! Допустимо ми задали струм 5 А при напрузі БЖ 25В. Припустимо що PWM вийде на режим 125. Але коли Ви під'єднаєте інший БЖ з напругою 50В при цьому ж струмі... то PWM змінить крок на 80 (це для прикладу).
Oto пише: В цьому немає ніякої потреби.

Здається ми про різне говоримо. Давайте розберемось з термінами. PWM - це сигнал з заповненням 1-100%. А ця схема, що я обвів червоним - Spep-down DC/DC перетворювач. І він керується PWM-сигналом. DC/DC перетворювач має в своєму складі індуктивність, яка не дає миттєво вирости струму. А всім цим керує МК.
Oto пише: Навіщо??? Щоб через пару місяців згадувати що і до чого?....

Зроблена версія 2, яка по теорії повинна дистанційно взаємодіяти з мобільним додатком.
Файли програм, розташовані тут

На жаль, ця программа ще не збиралася в залізі, тому є ризик що вона може виявиться недосконалою, і тоді це буде сумно :((

Oto пише: