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用Arduino发现假电池

文章作者:Hesam Moshiri

如今，空缺的锂电池无处不在，这不处理他们的广告能力。在本文中，我们将学习使用着名的Arduino-Nano板构建电池容量测量电路。

电池容量的真正测量对于许多场景至关重要。容量测量设备也可以解决假设假电池的问题。如今，空缺的锂电池无处不在，这不处理他们的广告能力。有时很难区分真实和假电池。备用电池市场存在此问题，如手机电池。此外，在许多场景中，必须确定二手电池的容量（例如笔记本电池）。在本文中，我们将学习使用着名的Arduino-Nano板构建电池容量测量电路。我已经为DIP组件设计了PCB板。所以即使初学者也可以焊接并使用该设备。

特征：

识别假锂离子/锂聚合物/镍镉/镍氢电池
可调恒定电流负载（也可以由用户修改）
能够测量几乎任何类型的电池的容量（低于5V）
易于焊接，制作和使用，即使是初学者(所有组件都是Dip)
一个LCD用户界面

规范：

单板电源:7V至9V(最大)
电池输入：0-5V（最大值） - 无反向极性
恒流负载:37mA至540mA(最大)- 16步-可由用户修改

电路分析

设备原理图如图1所示。电路的核心是Arduino-Nano板。

图1：电池容量测量装置的示意图

IC1是LM358[1]芯片，包含两个运算放大器。R5和C7构建一个低通滤波器，将PWM脉冲转换为直流电压。PWM的频率在500Hz左右。我使用sigent SDS1104X-E示波器来检查PWM和滤波器的行为。我将CH1连接到PWM输出(Arduino-D10)和CH2连接到滤波器的输出(图2)。您甚至可以通过波德图检查滤波器的频率响应和它的截止频率，这是SDS1104X-E的一个很好的介绍功能。

图2:PWM信号(CH1: 2V/div)及通过R5-C7 RC滤波器后的结果(CH2: 50mV/div)

R5是一个1MΩ电阻，但是，在电压跟随器配置中，过滤器的输出通过OPAMP（IC1）的输出通过。IC1，R7和Q2的第一个Opamp构建恒定电流负载电路。到目前为止，我们建立了PWM可控恒定电流负载。

使用2 * 16 LCD作为用户界面，使控制/调整变得容易。R4电位器设置LCD对比度。R6限制了背光电流。P2是2销Molex连接器，用于连接5V蜂鸣器。R1和R2是用于触觉开关的上拉电阻。C3和C4用于去抖动按钮。C1和C1用于过滤电路电源电压。C5和C6用于过滤耗尽恒流负载电路噪声，以便不要降低ADC转换性能。R7充当Q2 MOSFET的负载。

什么是恒定的电流直流负荷？

恒定电流负载是即使施加的输入电压变化，恒定电流负载也始终绘制恒定量的电流。例如，如果我们将恒流负载连接到电源并设置250mA的电流，即使输入电压为5V或12V或其他任何内容，电流凹槽也不会改变。该特征的恒流负载电路允许我们构建电池容量测量装置。如果我们使用简单的电阻作为负载来测量电池容量，随着电池电压的降低，电流也降低，这使得计算复杂和不准确。

PCB板

图3显示了电路设计的PCB布局。板的两侧用于安装组件。

当我打算设计Schematic/PCB时，我总是使用SamacSys组件库，因为这些库遵循工业IPC标准，而且都是免费的。我使用这些库IC1 [2]， Q2[3]，甚至我可以找到Arduino-Nano (AR1)[4]库，节省了很多设计时间。我使用Altium Designer CAD软件，所以我使用Altium插件安装组件库[5]。图4显示了选择的组件。

图3：电池容量测量电路的PCB板

图4:来自SamacSys Altium插件的已安装组件

PCB板略大于2 * 16 LCD，以适合三个触觉按钮。图5,6和7示出了板的3D视图。

图5：组装的PCB板（顶部）的3D视图

图6:组装后的PCB板的3D视图(侧面)

图7:组装后的PCB板的3D视图(底部)

装配和测试

我用一块半自制的PCB板做了一个快速原型，并测试了电路。图8显示了该板的图片。你不需要跟着我，只需订购PCB到专业的PCB制造公司，并建立设备。你应该使用一个站立的电位器类型的R4，它允许你从板的一边调整液晶对比度。

图8：第一个原型的图片，在半自制PCB板上

在焊接元器件和准备好测试条件后，我们就可以测试我们的电路了。别忘了在MOSFET上安装一个大的散热器(Q2)。

我选择R7是3欧姆电阻。这使我们能够生成高达750mA的恒定电流，但在代码中，我将最大电流设置为大约500mA的某个位置，这足以实现我们的目的。降低电阻值（例如1.5欧姆）可以进行更高的电流，但是，您必须使用更强大的电阻并修改Arduino代码。图9显示了电路板及其外部布线。

图9：电池容量测量装置的接线

准备大约7V到9V的东西到电源输入。我使用了Arduino董事会的调节器制作+ 5V轨道。因此，切勿将高于9V的电压施加到电源输入，否则可能会损坏调节器芯片。

电路板将上电，您应该在LCD上看到文本，与图10相同。如果使用蓝色背光2 * 16 LCD，则电路将消耗约75mA。

图10：LCD上的正确电路电源指示

大约3秒后，文本将在下一个屏幕上清除，可以通过向上/向下按钮调整恒定电流值（图11）。

图11:通过上下按钮调节恒流负载

在将电池连接到设备并测量其容量之前，您可以使用电源检查电路。请将P3插头连接到电源。

重要提示:不要对电池输入施加高于5V的电压，或反向电压，否则会永久损坏Arduino的数字转换器引脚。

设置所需的电流限制（例如100mA）并使用电源电压（保持在5V以下）。随着任何输入电压都可以看到，当前流程保持完整。这正是我们想要的！（图12）。

图12:即使在电压变化前，电流也保持不变(在4.3V和2.4V输入下测试)

第三个按钮复位。这意味着它只是重新启动电路板。当您计划重新启动程序以测试不同的黄油时，它很有用。

无论如何，现在你确定你的设备可以完美地工作。您可以断开电源，并将电池连接到电池输入，并设置所需的电流限制。

要启动自己的测试，我选择了一个全新的8,800mA额定锂离子电池（图13）。它看起来像是一个很棒的速度，不是吗？！但我不可能以某种方式相信:-)，所以让我们测试它。

图13:8,800mA额定锂离子电池，是真的还是假的?

在将锂电池连接到电路板之前，我们必须充电，因此请使用电源准备固定的4.20V（500mA CC限制或更低）（例如，通过使用前一篇文章中的可变开关电源）和充电电池直到电流流到低电平。不要用高电流收取未知电池，因为我们不确定其真实容量！高充电电流可能会爆炸电池！小心。因此，我遵循此过程，我们的8,800mA电池已准备好进行容量测量。

我用电池夹将电池连接到电路板上。确保使用厚捷的短线，引入低电阻，因为电线中的功耗导致电压降和不准确。

让我们将电流设置为500mA并长时间按下“向上”按钮。然后你应该听到一个嘟嘟声，程序开始（图14）。我将截止电压（电池低电量阈值）设置为3.2V。如果您愿意，您可以在代码中修改此阈值。