[06-2015] Испытатель элементов питания

[poster333]

Испытатель элементов питания

Н. САЛИМОВ, г. Ревда Свердловской обл.

Листая журналы "Радио" прошлых лет, всегда можно почерпнуть идею для новой конструкции. В данном случае источником идеи послужила статья [1] под рубрикой "За рубежом". Описываемый прибор выполняет аналогичную функцию и предназначен для быстрой проверки наиболее распространённых гальванических элементов питания бытовой аппаратуры.
Испытатель измеряет остаточную ёмкость гальванического элемента питания на момент измерения в процентах от номинальной. Ёмкость элемента — это количество электричества, которое он может отдать в нагрузку. При разрядке неизменным током I её значение в ампер-часах равно разрядному току, умноженному на длительность разрядки элемента до заранее оговорённого минимального напряжения. При разрядке на постоянное сопротивление нагрузки ток с течением времени снижается вследствие уменьшения напряжения элемента. В этом случае ёмкость элемента рассчитывают по формуле:

На рис. 1 приведена экспериментально снятая кривая разрядки щелочного элемента "Energizer” типоразмеpa АА на резистор сопротивлением 15 Ом. На рис. 2 — полученная путём графического интегрирования этой кривой зависимость остаточной ёмкости элемента от его напряжения. Емкость свежего неразряженного элемента получилась равной 2 А ч.

Схема испытателя изображена на рис. 3. Он измеряет с помощью встроенного в микроконтроллер DD1 (ATtiny 13A-SU) АЦП напряжение на проверяемом элементе питания Gx при его нагрузке резистором, выбранным переключателем SA2. Измеренное значение сравнивается с константами, записанными в памяти микроконтроллера, программный блок сравнения включает определённое число светодиодов на линейной шкале индикатора ёмкости элемента.

Этот индикатор состоит из семи светодиодов зелёного и одного светодиода жёлтого цветов свечения. Число включённых светодиодов пропорционально ёмкости элемента: 100 % — включены все светодиоды HL1—HL8, 0 % — включён только один жёлтый светодиод HL8.

Если напряжение элемента менее 1 В, включается красный светодиод HL9. Это свидетельствует, что проверяемый элемент питания не пригоден для дальнейшего использования.

При проверке производятся десять измерений напряжения элемента с паузами между ними 0,2 с. Затем программа вычисляет среднее значение результата, которое и сравнивает с хранящимися в памяти константами. Для правильных показаний прибора делитель напряжения на подстроечном резисторе R1 должен быть отрегулирован так, чтобы напряжение на его подвижном контакте (на входе АЦП микроконтроллера) было равно 1 В при напряжении на проверяемом элементе 1,5 В.

Сдвиговый регистр 74НС164 (DD2) коммутирует светодиоды HL1—HL8 индикатора, красный светодиод HL9 подключён к выходу РВ1 микроконтроллера. При включении питания все светодиоды вспыхивают на 2 с, после их гашения прибор готов к работе. Кнопка SB1 служит для запуска подпрограммы измерения и подключает отрицательный вывод проверяемого элемента к общему проводу. На время измерения (до появления на индикаторе значения ёмкости проверяемого элемента) кнопку необходимо удерживать нажатой. Переключатель SA2 на три положения служит для выбора резистора, задающего ток нагрузки в зависимости от типоразмера проверяемого элемента питания. Начальные токи разрядки следующие: АА, ААА — 100 мА, С — 250 мА, D — 400 мА.

Подстроечным резистором R1 калибруют прибор. Порядок действий при этом следующий. К испытателю подключают свежий гальванический элемент Gx напряжением 1,5 В. При переключателе SA2 в положении "АА, ААА" и нажатой кнопке SB1 вращением движка подстроечного резистора R1 на входе РВ4 микроконтроллера устанавливают напряжение 1 В относительно вывода 4 микроконтроллера.

В исходном состоянии кнопки SB1 контакт 3 разъёма ХР1 соединён с общим проводом, что при программировании микроконтроллера вызывает сбой или выход из строя программатора. Во избежание этого на время программирования необходимо отключить провод от контакта 1 кнопки SB1 или удерживать эту кнопку нажатой, пока программирование не будет завершено.

Как показала практика, светодиод HL9, подключённый через резистор R15 к контакту 6 разъёма ХР1, на правильную работу программатора STK500 не влияет.

Питается испытатель от двух гальванических элементов G1 и G2 типоразмера АА. Выключатель питания SA1 имеет три положения (два из них "Вкл.”) и включён между элементами питания. Вполне допустимо использование другого источника питания со стабилизированным напряжением до 5 В и обычным выключателем.

Печатная плата испытателя изображена на рис. 4, а расположение элементов на ней — на рис. 5. Плата рассчитана на размещение в корпусе от зарядного устройства "Varta". В предусмотренные в ней прямоугольные отверстия впаивают контактные лепестки, которые при установке платы в корпус соединяют её цепи с находящимися на штатных установочных местах корпуса элементами питания G1, G2 и проверяемым элементом Gx. Для проверки элементов большего размера в верхней части корпуса установлена контактная колодка. Внешний вид собранного прибора показан на рис. 6.

Резисторы R2 и R7—R15 — типоразмера 1206 для поверхностного монтажа, R3—R5 — мощностью 0,25 Вт, R6 —
мощностью 0,5 Вт для навесного монтажа. Подстроечный резистор R1— многооборотный.

Оксидные конденсаторы можно использовать любого типа. Конденсатор С2 — керамический КМ-6 или аналогичный импортный. Вместо дискретных светодиодов HL1—HL9 можно применить готовую линейную светодиодную шкалу, например, DC-7G3HWA. Разъём ХР1 — вилка PLD-6

Для повышения достоверности результата рекомендуется проверять элементы при сопротивлении нагрузки, близком к тому, с которым его предполагается эксплуатировать в дальнейшем. Ещё большей точности можно достичь, если предусмотреть в программе несколько блоков констант, с которыми будет сравниваться напряжение элемента в зависимости от его типа.

При программировании микроконтроллера его разряды конфигурации для работы от внутреннего тактового генератора частотой 4,8 МГц должны быть установлены следующим образом:

CKSEL =01;

SUT= 10;

CKDIV8 = 1.

При разработке программного обеспечения использован файл 16121572.asm — программная реализация интерфейса SPI для модели AT90S1200 из книги [2].

ЛИТЕРАТУРА
1. Тестер для элементов питания ("За рубежом”). — Радио, 1991, № 6, с. 86.

2. Трамперт В. AVR-RISC микроконтроллеры. — Киев: "МК-Пресс", 2006.