Signalizácia zostávajúcej kapacity batérie s FrSky – verzia 2
Prinášame iný (tranzistorový – bez operačných zosilňovačov) variant jednoduchého modulu, na akustickú signalizáciu stavu zostávajúceho náboja (energie, kapacity) v pohonnej batérii. Tento modul je zapojený do AD-vstupu RC prijímača D8R v modeli, avšak na strane pilota netreba nič, pretože akustickú signalizáciu (aj nastavenie prahových hodnôt) zabezpečí modul FrSky Two Way Telemetry System vo vysielači.
Tento variant prináša jednoduchšie – logickejšie nastavenie akustickej signalizácie: nepostupuje sa od 193 smerom dole, ale od 0 smerom hore, do 255. Ak napr. chceme, aby sa signalizácia spustila po vyčerpaní 2000 mAh, nastavíme 200 (x 10 mAh).
Navyše: nastavením vhodnej hodnoty "deliaceho pomeru" (volt ratio) je na telemetrickom displeji FrSky FLD-02 možné priamo odčítavať spotrebovanú energiu.
autor: Janko O.
Ako už úvodný príklad naznačuje, túto signalizáciu sme koncipovali skôr pre „nižšie kubatúry“, teda do 2550 mAh (2,55 Ah) vyčerpanej kapacity. To je vhodné pre elektropohony, ktoré sú napájané batériou tak do 3000 mAh. Ale ak niekto používa výkonnejšie batérie, nie je problém zmeniť hodnoty určitých súčiastok tak, aby signalizácia pokryla požadovaný rozsah kapacít.
Kľúčovou snahou pri vývoji tejto verzie nebolo vyhnúť sa použitiu operačných zosilňovačov, ale zmeniť spôsob nastavovania prahových úrovní zvukovej signalizácie vysielačového modulu FrSky. Nie že by bolo neprekonateľným problémom vypočítať požadovanú digitálnu hodnotu (odpočítaním akéhosi koeficientu od čísla 193), ale predkladaný spôsob je predsa len priamočiarejší.
Ačkoľvek samotný princíp merania odobraného el. náboja (kapacity, energie) aj signalizácie je priam „rozprávkovo“ jednoduchý, samotná realizácia vždy prinesie nejaké „pridružené“ komplikácie. Meranie odobraného elektrického náboja (z pohonnej batérie) je opäť založené na integrácii odoberaného prúdu v čase. Integráciu zabezpečuje vysokokapacitný kondenzátor (v tomto prípade 2 x 470 uF), ktorý je nabíjaný riadeným zdrojom konštantného prúdu. Konštantný je preto, že nezávisí od napätia na kondenzátore a riadený je veľkosťou (z pohonnej batérie) odoberaného prúdu. Je teda zrejmé, že meraniu odoberaného prúdu sa opäť nevyhneme. A ako inak, použijeme obľúbený a osvedčený prúdový senzor od firmy Allegro MicroSystems.
.jpg)
Ale keďže v poslednej dobe je problém tieto senzory zohnať, nasledujúca verzia signalizácie zostávajúceho náboja, čiže verzia 3, na meranie odoberaného prúdu prúdové senzory firmy Allegro potrebovať nebude.
.jpg)
Keďže v tomto zapojení je integračný kondenzátor svojim mínusovým pólom uzemnený (ukostrený), s postupujúcim časom jeho napätie stúpa tým rýchlejšie, čím väčší je odoberaný prúd (to je tá integrácia odoberaného prúdu v čase), tak súčasne stúpa aj výstupné napätie celého „energomera“ (pretože to je priamo napätie integračného kondenzátora).
Riadený prúdový zdroj by mal mať pokiaľ možno lineárnu prevodnú charakteristiku, teda lineárnu závislosť výstupného prúdu od vstupného napätia. Zapojeniu zrealizovanému podľa uvedenej schémy sme namerali nasledujúcu charakteristiku:
Akési „zalomenie“ chrakteristiky v ľavej časti (v tvare hokejky) je žiadúce, pretože výstupné napätie Unipolárneho (nesymetrického) prúdového senzora firmy Allegro MicroSystems pri nulovom odoberanom prúde je 0,6 Voltu. Takže riadený prúdový zdroj začína pracovať práve od 0,6 Voltu. Po pripojení prúdového senzora Allegro k riadenému prúdovému zdroju dostaneme nasledovnú výslednú prevodnú charakteristiku.
V prípade, že máme k dispozícii Bipolárny (symetrický) prúdový senzor, ktorého výstupné napätie pri nulovom odoberanom prúde je 2,5 Voltu, použijeme nasledovné zapojenie.
Aká je „matematika“ pri návrhu zapojenia signalizácie zostávajúcej energie v batérii?
Brrrr, už vidím, ako sa mnohým zježili chlpy na chrbáte. Nie, nie, nechceme zavádzať žiadnu matematiku, len uviesť akési úvahy, ktoré by prípadného záujemcu mali priviesť ku správnym výsledkom.
Náš „energomer“ využíva 8-bitový AD prevodník v prijímači FrSky D8R. Najvyššia digitálna hodnota 8-bitového prevodníka je 255. To zodpovedá (pre pohodlné nastavovanie bude každá digitálna jednotka zodpovedať 10 mAh kapacity) najvyššej kapacite 2550 mAh (2,55 Ah).
Pri použití 50 Ampérového prúdového senzora (a maximálnom odoberanom prúde) sa takáto kapacita vyčerpá za: 0,051 hodiny, čo je 3,06 minúty, čo je 183,6 sekundy. Za tú dobu napätie na integračnom kondenzátore (C2 || C3) vzrastie z nuly na 3,3 Voltu, čo je 17,974 mV za sekundu.
Základné elektrotechnické vzorce pre elektrický náboj sú:
Q = I x t a Q = U x C
kde:
Q je elektrický náboj, I je elektrický (nabíjací) prúd, t je čas (nabíjania (integračného) kondenztora),
U je napätie (na (integračnom) kondenzátore) a C je kapacita (integračného) kondenzátora.
Ak:
Q = Q (čo je logické), tak potom aj: I x t = U x C
Z toho prúd Ic, ktorým je nabíjaný integračný kondenzátor:
Ic = U x C / t
Ak dosadíme reálne hodnoty:
U = 3,3 V, C = 940 uF (2 x 470 uF) a t = 183,6 sekundy, dostaneme Ic = 16,9 uA (mikroAmpérov). Nami použité kondenzátory mali reálnu kapacitu trochu vyššiu, súčtovú niečo nad 1000 uF, takže nám Ic vyšiel asi 18 uA.
Rezistorom R3, je nutné nastaviť prúd Ic (prúd kolektora tranzistora T2) práve na túto hodnotu (17 až 18 uA), pri vstupnom napätí riadeného prúdového zdroja, ktoré zodpovedá odoberanému prúdu 50 Ampérov. To samozrejme závisí od použitého prúdového senzora:
- Pri použití Bipolárneho s citlivosťou 40 mV/A bude na jeho výstupe napätie 2,5 V + (50 x 0,040) = 4,5 Voltu. Asi 2 Volty „odpočíta“ referenčný zdroj LM336-2.5, takže na báze tranzistora T1 bude 2,5 Voltu. Hodnota rezistora R3 bude približne 100 kOhmov (tak ako je na schéme).
- Pri použití Unipolárneho s citlivosťou 60 mV/A bude na jeho výstupe napätie 0,6 + (50 x 0,060) = 3,6 Voltu. Hodnota rezistora R3 bude približne 155 kOhmov.
.jpg)
Pre iné prúdové senzory budú hodnoty samozrejme iné, ale netreba zúfať, prípadným záujemcom výpočty radi urobíme. Aby sme tým nekomplikovali celý článok, je vhodné na to využiť komentáre k článku.
Podobne ako v „energomeri“ verzie 1 je problémom pomalé vybíjanie vysokokapacitného integračného kondenzátora v pauzách medzi jednotlivými meraniami (v praxi medzi jednotlivými letmi), ktoré ovplyvňuje presnosť druhého, tretieho a ďalších meraní. Riešenie je rovnaké: vybíjacie tlačidlo, alebo kontakty relé zapojené paralelne ku kondenzátoru.
Nepresnosť celej signalizácie je daná nepresnosťou jeho jednotlivých komponentov, prúdovým senzorom počínajúc a integračným kondenzátorom končiac. Pri zmeraní hodnôt kondenzátorov C2 a C3 a následnom starostlivom nastavení prúdu Ic je nepresnosť v rádoch jednotiek percent, čo je isto viac ako dostačujúce.
Súvisiace články:
Signalizácia zostávajúcej kapacity batérie z telemetrie FrSky
Vario z telemetrie FrSky – 3. časť
Vario z telemetrie FrSky – 2. časť
Vario z telemetrie FrSky – 1. časť
Senzory k telemetrii FrSky – 2: Kontrola napätia článkov batéri
Senzory k telemetrii FrSky – 1. časť - Napäťový senzor
Zoznámenie s FrSky – 3. časť – Prenos dát
Zoznámenie s FrSky - 2. časť - Spôsob prenosu dát
Zoznámenie s FrSky - 1.časť - Základné funkcie
FrSky telemetry Signalling remaining capacity, charge, battery power Segnalazione capacità residua, carica, carica della batteria Signalering återstående kapacitet, laddning, batteri Señalización de la capacidad restante, carga, carga de la batería Сигнализация оставшейся емкости, заряда батареи Sinalização capacidade restante, a carga, a bateria Sygnalizacja naładowania, ładowanie, bateria Signal gjenværende kapasitet, lade, batteri Signalisierung verbleibende Kapazität, Ladung, Batterie Jelzés fennmaradó kapacitás, töltés, akkumulátor Signalering resterende capaciteit, lading, batterij la capacité de signalisation reste, la charge, la batterie Merkinanto jäljellä oleva kapasiteetti, lataa, akun Signalering resterende kapacitet, ladning, batteriet energia consumata della batteria الإشارة القدرات المتبقية ، تهمة ، طاقة البطارية איתות Energi som förbrukas av batteriet Consume la energía de la batería Потребляемая энергия аккумулятора Consumida a energia da bateria Zużycie energii w baterii Verbrauchte Energie der Batterie Elfogyasztott energia az akkumulátor Verbruikte energie van de batterij Consommation d'énergie de la batterie Forbrugt energi af batteriet استهلاك الطاقة من البطارية צורכים אנרגיה של הסוללה קיבולת הנותרים, אחראי, סוללה