Предлагаем проект самодельного контроллера аккумуляторной батареи с обнаружением и отключением при низком напряжении (более простая схема есть тут). Функция контроллера заключается в автоматическом отключении нагрузки от батареи, когда напряжение на клеммах падает ниже заданного напряжения. Это предотвращает повреждение свинцово-кислотных аккумуляторов в результате глубокого разряда. Его также можно использовать в других устройствах, где требуется автоматическое отключение или повторное включение нагрузки.

Особенности контроллера

• Встроенное реле для нагрузки 10 А
• Контроллер может работать от независимого источника питания 12 В или от контролируемой батареи (0 – 16 В).
• Ток питания от 7 мА до 60 мА с активными реле и подсветкой ЖК-дисплея.
• Параметры настраиваемые пользователем через меню на передней панели – уставки низкого и высокого напряжения.
• Автоматическое или ручное переподключение нагрузки при уставке
• Таймер задержки 0-59 секунд.
• Отображение напряжения батареи в реальном времени
• Дисплей истекшего времени показывает, как долго нагрузка была подключена (до 99 часов 59 минут)
• Регулировка смещения входного напряжения для компенсации падения напряжения в кабелях (+/- 1,27 В)
• Два диапазона: 0-16 и 0-32 вольт (требуются альтернативные резисторы во входной цепи напряжения)
• Режимы подсветки ЖК-дисплея, включение / выключение или автоматический.
• Размеры печатной платы 80 мм x 100 мм

Во время нормальной работы на ЖК-дисплее отображается следующая информация:

• Таймер включения показывает время, прошедшее с момента включения выхода. Отображаемое значение удерживается при выключении выхода и сбрасывается на 00:00:00 при каждом включении выхода.
• Режим предустановки высокого напряжения показан вверху справа. Либо “Авто”, либо “Ручное”
• Напряжение, измеренное на входной цепи, отображается в реальном времени.
• Состояние выхода показано в правом нижнем углу дисплея. Если перед ним стоит символ «*», активен таймер удержания выхода. В течение этого периода удержания выход не может снова изменить состояние независимо от изменений входного напряжения или в ручном режиме, введенного пользователем.

Если режим верхнего заданного напряжения установлен на автоматический, а входное напряжение выше этого заданного значения, нагрузка будет автоматически подключена. Если выбран ручной режим, контроллер всегда запускается с отключенной нагрузкой.

В ручном режиме, когда входное напряжение выше предустановленного высокого напряжения, нажатие кнопки «Set» включает и выключает выход. Если таймер удержания включен, выход не может быть снова переключен во время периода удержания.

Когда напряжение на входе считывания ниже нижнего предустановленного напряжения, выходное реле нагрузки выключится, при условии что таймер удержания неактивен.

Предустановленное верхнее и нижнее напряжение можно отрегулировать на любое напряжение с разницей между ними не менее 0,1 В. Если предустановка низкого или высокого значения отрегулирована по сравнению с другой предустановкой, две предустановки будут автоматически отслеживаться с настройкой для поддержания разницы в 0,1 вольта. Например, если предустановка высокого уровня составляет 12,50 вольт, а предустановка низкого отрегулирована на 13,00 вольт, предустановка высокого уровня автоматически переместится на 13,10 вольт.

Настройки меню и управление

Чтобы войти в меню настройки, нажмите и удерживайте кнопку «Set» в течение 1 секунды. Первый пункт меню будет показан в верхней строке дисплея.

Для прокрутки пунктов меню используйте кнопки вверх / вниз.

Варианты:

• Установить нижнюю границу
• Установить верхнюю границу
• Установить смещение ввода
• Высокий предустановленный режим
• Режим подсветки
• Удерживать время
• Шкала напряжения
• По умолчанию
• Выход

Чтобы выбрать пункт меню, нажмите кнопку Set. Параметр опции появится во второй строке дисплея. Измените параметр с помощью клавиш вверх или вниз. Для настроек предустановки, смещения и времени удержания нажатие и удерживание кнопки «вверх» или «вниз» позволяет осуществлять непрерывную настройку.

Опция: Установить нижнюю границу. Параметр: низкое заданное напряжение

• используйте кнопки вверх / вниз для регулировки значения с шагом 0,1 вольт
• нажмите кнопку set, чтобы сохранить и вернуться в меню.

Опция: Установить верхнюю границу. Параметр: высокое заданное напряжение

• используйте кнопки вверх / вниз для регулировки значения с шагом 0,1 вольт
• нажмите кнопку set, чтобы сохранить и вернуться в меню.

Опция: Установить смещение ввода. Параметр: входное напряжение в реальном времени со смещением.

• используйте кнопки вверх / вниз для регулировки отображаемого напряжения при измерении фактического напряжения на клеммах аккумулятора с помощью точного вольтметра.
• нажмите кнопку настройки, чтобы сохранить и вернуться в меню.

Опция: режим верхней предустановки. Дисплей показывает выбранную опцию.

• вручную: когда входное напряжение выше заданного высокого напряжения, нагрузку необходимо подключать вручную
• автоматически: когда входное напряжение выше заданного высокого напряжения, нагрузка подключается автоматически.
• используйте кнопки вверх / вниз для прокрутки параметров
• нажмите кнопку настройки, чтобы сохранить и вернуться в меню

Опция: режим подсветки – дисплей показывает выбранную опцию.

• Вкл .: подсветка всегда включена
• Выкл .: подсветка всегда выключена
• Авто: подсветка включается при нажатии любой клавиши, выключается через 15 секунд.
• используйте кнопки вверх / вниз для прокрутки опций
• нажмите кнопку настройки, чтобы сохранить и вернуться в меню

Опция: время удержания – на дисплее отображается время удержания в секундах

• регулируется от 0 до 99 секунд. Где 0 означает, что функция удержания отключена.
• используйте кнопки вверх / вниз для настройки времени удержания
• нажмите кнопку настройки, чтобы сохранить и вернуться в меню

Опция: шкала напряжения – дисплей показывает выбранную опцию.

• 0-16 В
• 0-32 В
• используйте кнопки вверх / вниз для прокрутки опций
• нажмите кнопку set, чтобы сохранить и вернуться в меню

Эта опция требует, чтобы сеть резисторного делителя на плате управления была оснащена правильными значениями резисторов, объясняется в описании схемы.

Опция: по умолчанию – дисплей показывает выбранную опцию.

• Да? : для всех параметров установлены заводские значения по умолчанию
• Нет? : параметры не изменяются,
• используйте кнопки вверх / вниз для прокрутки опций
• нажмите кнопку установки, чтобы вернуться в меню и сбросить параметры, если опция «Да?» был выбран.

Опция: выход. Нажмите кнопку Set, чтобы выйти из меню настройки.

• На дисплее отображается «Настройка завершена», когда конфигурация сохраняется в энергонезависимой памяти EEPROM.
• Контроллер возвращается в нормальный режим работы.

При первом включении контроллера он будет отображать «Плохие данные конфигурации, инициализация… ». Это нормально, и после инициализации не будет отображаться снова, если сохраненные данные конфигурации дополнительных устройств не повреждены.

Подключение устройства к АКБ

Подключения к плате показаны ниже.

Есть две основные конфигурации для подключения контроллера:

1. Контроллер питается от нагрузочной батареи
2. Контроллер запитан от отдельного источника питания

В целях безопасности надо установить линейный предохранитель в соединениях между батареей и нагрузкой, а также контроллером.

Не допускайте, чтобы напряжение на входных клеммах считывателя превышало максимальный диапазон 16 В (32 В, если используется альтернативный резисторный делитель).

• Следите за перемычкой JP1, если используется внешний источник питания, существует риск серьезного повреждения схемы.
• Минимальное напряжение при питании контроллера от источника нагрузки составляет 9 вольт.
• При питании от источника 12 В ток, потребляемый контроллером, будет в пределах 7 – 60 мА.
• Схема управляется IC1, микроконтроллером PIC16F1827 с прошивкой, написанной на MikroC.
• Плата имеет отдельные входы для входа датчика напряжения батареи и подачи питания на плату.

Имеется реле на 10 А, которое может переключать нагрузки до 24 В с нормально разомкнутыми (NO) и нормально замкнутыми (NC) контактами, подключенными на винтовой клемме.

Контроллеру для работы требуется источник питания 12 В постоянного тока. Для этого имеется перемычка (JP1), которая может быть установлена для соединения входа питания с входом мониторинга. Для главной цепи и дисплея требуется питание 5 В, которое обеспечивается стабилизатором IC2 78L05. Диод D2 защищает плату от обратной полярности входа питания.

Фактическое напряжение питания платы может быть в пределах 9-15 вольт. Реле номинально рассчитано на работу от 12 вольт, но будет работать и при напряжении от 9 до 15 вольт. Реле разных производителей обычно имеют аналогичный диапазон рабочего напряжения, но проверьте их от регулируемого БП чтобы убедиться в этом.

Выходное реле управляется транзистором Q1. Диод D1 блокирует ЭДС обратного хода от катушки реле. Хотя контакты реле рассчитаны на работу при напряжении сети переменного тока, на печатной плате отсутствует необходимая изоляция для работы при напряжении выше 24 В. Если будете использовать плату с нагрузкой от 5 ампер и выше, припаяйте дополнительно толстый медный провод на дорожках печатной платы.

Контролируемое входное напряжение подается на микроконтроллер через резистивный делитель, состоящий из R2 + R3 / R4. Значения резисторов для диапазона 0–16 В имеют соотношение 4:1, а для диапазона 0–32 В используется соотношение 8:1. Для точности важно использовать резисторы с допуском 1%. Микроконтроллер использует внутренний прецизионный источник опорного напряжения 4,096 В и 10-битный аналого-цифровой (АЦП) преобразователь для измерения напряжения батареи. Входные данные отбираются каждые 50 мс и перед отображением проходят через 8-точечное скользящее среднее.

• Для диапазона 0-16 вольт резисторы R2 = 15K0 и R3 = 1K80 (всего 16K8)
• Для диапазона 0-32 В резисторы R2 = 33K0 и R3 = 6K20 (всего 39K2)

Тут использовали последовательно два резистора E24, чтобы получить точное необходимое сопротивление, поскольку их легче достать.

Дисплей и микроконтроллер

ЖК-дисплей стандартный 2×16, совместимый с HD44780. PR1 регулирует контрастность. Если при первом использовании контроллера дисплей не отображается, попробуйте отрегулировать PR1 во всем диапазоне. Для дисплеев с подсветкой используется транзистор Q2 для его включения и выключения под управлением микроконтроллера. Ток светодиода подсветки устанавливается резистором R6. Для этого было выбрано значение 180 Ом, но вам может потребоваться изменить его для соответствия дисплеям от разных производителей. Не опускайтесь ниже 68 Ом.

В этом проекте используется микроконтроллер PIC16F1827. Внешний кварц XT1 с частотой 4 МГц обеспечивает тактовый сигнал для МК и должен позволять реализовать функции таймера истекшего времени с точностью лучше, чем +/- 5 секунд за 24 часа.

Когда плата собрана, рекомендуется проверить подачу напряжения 5 В на разъем IC1 перед тем, как вставлять микроконтроллер. Подключите источник питания 12 В к винтовым клеммам «ext power». С помощью вольтметра измерьте напряжение между выводами 5 и 14. Если напряжение между 4,9 и 5,1 вольт, все в порядке.

Микроконтроллер IC1 должен быть установлен правильно. На одном конце есть полукруглая метка. Вставьте микросхему в гнездо так, чтобы эта отметка была на конце, отмеченном стрелкой, как показано на фото.

Собранная плата с ЖК-дисплеем работает от внешнего источника питания 12 В, JP1 установлен так, что вход считывания контролирует напряжение источника питания.

Прошивка предназначена для использования с микроконтроллером PIC16F1827. Файл HEX готов к программированию прямо в PIC. Исходный код ‘C’ был написан с использованием MicroC PRO 6.4.0. Конфигурация PIC16F1827 установлена правильно в HEX-файле, но если что, это будет: CONFIG1: 0x0FDA CONFIG2: 0x1213.