Senzory k telemetrii FrSky – 2: Kontrola napätia článkov batérie
V prvej časti minisérie o senzoroch k telemetrii FrSky sme sa venovali napäťovému senzoru, konkrétne návrhu odporového deliča, ktorý po pripojení do vstupu AD1 (AD2) prijímača D8R, meral napätie batérie v modeli. S pomocou programovej utility sme mohli nastaviť prahovú hodnotu na vysielacom module FrSky, kedy sa aktivoval akustický alarm, signalizujúci pokles (alebo prekročenie) napätia sledovanej batérie. Tento senzor však nedokázal upozorniť na nebezpečný pokles napätia najslabšieho článku LiPol batérie. Takýto obvod si ukážeme dnes.
autor: Janko O.
Jednotlivé vé články LiPol batérie nemajú úplne rovnakú kapacitu, nemajú úplne rovnaký vnútorný odpor Ri a nemajú ani úplne rovnaké samovybíjanie. To v závere vybíjacieho cyklu (obzvlášť pri vysokých prúdových odberoch) môže spôsobiť napäťové „rozhodenie“ článkov, čiže stav, keď napätie batérie ako celku ešte ani zďaleka nie je kritické, ačkoľvek niektorý z článkov (ten najslabší = s najnižšou kapacitou, s najvyšším vnútorným odporom, s najvyšším samovybíjaním atď.) už „má na kahánku“. Ostatné, tie lepšie články, ho svojim vyšším napätím úspešne „maskujú“. Čím viac-článková batéria, tým úspešnejšie maskovanie a tým rýchlejšia skaza toho „slabého“.
Aby sa tomuto „maskovaniu“ zabránilo, je dobré kontrolovať všetky články LiPol batérie, či ich napätie nekleslo pod určitú stanovenú hodnotu. Nie je teda nutné merať veľkosť napätia článkov, stačí len sledovať, či sa napätie niektorého z nich neblíži nebezpečne nízkej hodnote a následne aktivovať zvukový alarm.
Našou snahou bolo navrhnúť obvod, ktorý bude plniť práve túto úlohu a jeho výstup bude pripojený do druhého AD-vstupu prijímača FrSky D8R (do prvého AD-vstupu môže byť zapojený v úvode zmieňovaný senzor sledujúci napätie celej batérie). Prahovú úroveň vstupu AD2 na vysielacom module FrSky nastavíme tak, aby pri poklese hociktorého článku LiPol batérie pod stanovenú úroveň bol aktivovaný akustický alarm (vo verzii 2 dokonca odlišným tónom, ako pokles napätia celej batérie), ktorý „donúti“ pilota modelu čo najrýchlejšie a čo najohľaduplnejšie (k batérii) pristáť.
Je samozrejme možné takýto „dohliadací“ obvod realizovať s využitím mikrokontroléra, tak ako to ukazuje nasledujúci obrázok.
Avšak nie každý (skôr máloktorý) modelár má možnosť si mikrokontrolér PIC „napáliť“ - naprogramovať, pretože je k tomu nutný špeciálny prístroj – programátor. Trochu lepšia je situácia pri použití obvodov PICAXE, kde si vystačíme s programovacím káblikom, namiesto kompletného programátora. Obidve tieto riešenia však narážajú na problém pri zmene napäťových úrovní, pri ktorých je aktivovaný akustický alarm: je potrebné zmeniť program pre mikrokontrolér (či už PIC alebo PICAXE).
Preto sme sa rozhodli navrhnúť čisto „hardvérový“ obvod, teda zapojenie z diskrétnych súčiastok bez nejakých mikroprocesorov alebo mikrokontrolérov, ktoré si môže každý trochu elektronicky zdatný modelár zrealizovať sám. Základom celého zapojenia je „n“ kontrolných obvodov
(kde „n“ je počet článkov sledovanej LiPol batérie) a obvod, vykonávajúci logickú funkciu AND (a súčasne obmedzujúci hodnotu výstupného napätia dohliadacieho obvodu na max. 3,3 Voltu, čo je maximálne dovolené vstupné napätie AD-vstupov prijímača D8R).
Kontrolný obvod je tvorený referenčným zdrojom LM336-2.5 a jedným tranzistorom BC307, prípadne iným PNP typom (a nejakými rezistormi „okolo“).
Prevodná charakteristika kontrolného obvodu je na obrázku. Jeho prahová hodnota sa pohybuje v rozmedzí 3,05 až 3,17 Voltu.
Komu nevyhovuje hodnota prahového napätia, môže využiť nastavovací vstup referenčného zdroja a pridaním dvoch rezistorov (prípadne jedného trimra) posunúť prahovú úroveň až o 0,5 Voltu nižšie alebo vyššie.
Spôsob určenia hodnoty rezistorov Ra a Rb môže byť v prípade záujmu bližšie objasnený v komentároch k tomuto článku.
Celková schéma zapojenia pre kontrolu poklesu napätia 3-článkovej LiPol batérie je na nasledujúcom obrázku.
4-článková „verzia“ bude obsahovať o jeden kontrolný obvod navyše a pribudne jedna dioda do logického obvodu AND. Pre viac-článkové batérie bude postup analogický.
Na nastavenie prahových úrovní alarmu FrSky je potrebná Prevodná charakteristika kompletného „dohliadacieho“ obvodu. Na nasledujúcom grafe je Prevodná charakteristika obvodu realizovaného zo súčiastok s hodnotami uvedenými na schéme.
V zelenom kruhu je tá „správna“ (použiteľná) časť Prevodnej charakteristiky. Z nej treba odčítať hodnotu výstupného napätia „dohliadacieho“ obvodu pre konkrétnu hodnotu vstupného napätia, čiže napätia článku LiPol batérie. Pre bežné použitie stačí zvoliť nejakú strednú hodnotu výstupného napätia, my sme zvolili 1,5 Voltu. Tomu zodpovedá hodnota AD-prevodníka asi 112 (tú treba vo vysielacom module FrSky nastaviť pomocou dodávanej nastavovacej utility). Výstupnému napätiu dohliadacieho obvodu 1,5 Voltu podľa Prevodnej charakteristiky zodpovedá kritické napätie LiPol článku tesne pod 3,1 Voltu. Pri poklese pod toto napätie sa aktivuje akustický alarm FrSky.
S trochou zjednodušenia by sa dalo povedať, že celý „systém“ pracuje tak, že ak je napätie všetkých článkov batérie vyššie ako 3,1 Voltu, tak na výstupe dohliadacieho obvodu je logická jednotka a alarm „mlčí“. Ak napätie hociktorého článku batérie klesne pod 3,1 Voltu, tak na výstupe dohliadacieho obvodu sa objaví (netypická) logická „nula“ a alarm začne „pípať“.
Pre „náročných“ je možné nastaviť alarm ako dvojstupňový. Nasledujúci obrázok ukazuje nastavenie, kedy sa prvá úroveň alarmu aktivuje pri poklese napätia niektorého článku LiPol batérie pod asi 3,17 Voltu (výstupné napätie obvodu 3 V, AD-hodnota 231) a druhá naliehavejšia úroveň pri poklese pod 3,05 Voltu (výstupné napätie obvodu 0,7 V, AD-hodnota 54) (napätia článkov predpokladáme pri prúdovom odbere, bez odberu tieto napätia „vyskočia“ nad 3,5 Voltu – podľa stavu batérie).
Záverom je potrebné zdôrazniť, že tolerancia hodnôt súčiastok môže zapríčiniť mierne odlišné hodnoty napätí, pri ktorých bude alarm aktivovaný. Pre bežné použitie to nevadí, kto by však chcel byť „precízny“ môže si prevodnú charakteristiku svojho konkrétneho obvodu zmerať sám a podľa toho nastaviť aktiváciu akustického alarmu s veľkou presnosťou.
Súvisiace články (related topics):
Vario z telemetrie FrSky – 1. časť
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
Projekt otvorenej telemetrie firmy FrSky
FrSky telemetry sensors to control voltage of battery cells Sensori di telemetria FrSky che il controllo della tensione di batterie FrSky telemetri sensorer som styrspänning av battericeller FrSky sensores de telemetría que el control de voltaje de las células de la batería FrSky телеметрических датчиков, которые контролируют напряжение аккумуляторной батареи sensores de telemetria FrSky que o controle de tensão das células de bateria czujniki, które kontrolują FrSky telemetrii napięcie akumulatorów FrSky telemetri sensorer som styrer spenningen på batteriet celler FrSky Telemetriesensoren, dass die Spannung der Batterie-Zelle steuern FrSky telemetriai szenzorok, hogy az ellenőrzési feszültség az akkumulátor cellák FrSky telemetrie sensoren die spanning van de batterij cellen te controleren capteurs de télémétrie FrSky que le contrôle de tension de cellules de batterie FrSky telemetria anturin että ohjausjännite akut FrSky telemetri sensorer, der styrer spænding battericeller جهزة الاستشعار التي تتحكم في القياس FrSky الجهد من خلايا البطاري חיישנים טלמטריה כי השליטה מתח של תאים בסוללה