Soluzione Voltmetro Arduino

International Italiano Hardware
#1

Ciao a tutti,

vorrei realizzare, leggendo da un ingresso analogico (attraverso un partitore di tensione ben dimensionato) la tensione di una batteria 12V 14Ah che mi alimenta il progetto.

Ora siccome la batteria che mi alimenta il progetto, è la stessa che vorrei tener monitorata per spegnere il micro quando scenderà sotto una certa soglia, mi stavo domandando se potesse funzionare nonostante la tensione della batteria andrebbe misurata a vuoto (senza carico) per una corretta misurazione, mentre io la misurerei durante il funzionamento del micro ed i tutti i relativi componenti attivi.

Avete idee su come ovviare questo problema?

P.S. Vorrei anche un consiglio (se è possibile) relativo alla soglia minima di tensione per preservarne al meglio la durata ciclica. (Batteria al piombo)

Grazie a tutti!

Davide

#2

Perchè dici che la dovresti misurare a vuoto? Sotto carico hai la tensione correttamente erogata, a vuoto potresti avere letture sovradimensionate. Se poi la tensione da scarica è superiore a quella minima da dare al regolatore, non dovresti nemmeno avere problemi di sfasamento del riferimento con i 5V interni di arduino. Io farei il partitore semplice semplice.

Una batteria da 12V, sicuro? Saresti un po' al limite. Da totalmente carica, magari ha anche più tensione e saresti fuori dal regolatore di arduino, userai questo regolatore o un'altro esterno che accetta tensioni più alte?

Maurizio

#3

Avevo pensato ad una batteria da 12V, poi naturalmente, una volta carica al 100% ne misuro la tensione (che sarà sicuramente maggiore dei 12V dichiarati) con un multimetro ed assegno come tensione max del partitore quella tensione e regolo le resistenze di conseguenza per avere 4,5/5V sull'ingresso analogico di Arduino.

Però mi stavo chiedendo quale fosse la soglia minima di tensione sotto alla quale staccare il circuito collegato per evitare che la batteria si deteriori troppo rapidamente nella ricarica ciclica.

Davide

#4

Ok, quindi non useresti il regolatore di arduino ma un altro esterno e ad arduino daresti i 5V già belli e pronto.

Io cercherei il datasheet della batteria e vedrei le curve di carica/scarica per capire il comportamento e in base a quello valuterei quando fermarmi.
Non ho presente le curve per le batterie al piombo, ma su quelle ad es. NiMh, si vede bene quando farlo, perchè hai una prima zona in cui la tensione cala velocemente fino a quella nominale (da quella di piena carica che è maggiore), poi resta stabile, con variazione minima e lineare per la maggior parte del tempo e infine un’abbassamento rapido. Si vede bene quando staccare, e cioè poco prima del calo rapido di tensione. Poi, la durata, dovrebbe dipendere maggiormente dalla corrente di ricarica, ce n’è una consigliata ma si può anche aumentare riducendo però i cicli di vita della batteria.
Per quelle al piombo non ci ho mai guardato, ma dovrebbe esserci scritto tutto sul datasheet.

Maurizio

#5

Ottimo Maurizio, grazie!

#6

Se non ricordo male tra batterie al piombo e al piombo gel cambia la tensione minima. Tieni anche presente che con un assorbimento di una certa entità la tensione della batteria cala e, quando interviene la sicurezza, togliendo il carico la tensione aumenta nuovamente trasformanto il circuito in un attacca stacca continuo.

#7

Grazie Arco_500, non ci avevo pensato in effetti a questo possibile scenario.

Dunque potrei con un relè staccare l'alimentazione dal micro quando scendo sotto la soglia.

Il problema si presenta quando, una volta ricaricata la batteria, il relè continua a non dar corrente al micro, a meno che non uso un secondo micro come voltmetro e per pilotare il relè.

Cosa dici?

#8

Potresti anche utilizzare un comparatore con isteresi e un mosfet al posto del relè. Se ti servo posto uno schema.

#9

A me interesserebbe lo schema, se non ti dispiace. Anche io sto cercando un dispositivo simile per uno scopo analogo e non ho ancora trovato uno schema che mi soddisfi appieno, o meglio, non so se c'è di meglio e se quelli che ho trovato siano validi. Appena ho un po' di tempo cerco di testarli sul campo, ma mi ci vorrà un po' prima di riuscirci.

Il concetto è che questo comparatore sarebbe sempre alimentato dalla batteria e solo se la tensione supera una certa soglia, accende il mosfet dando alimentazione al resto del circuito. Stessa cosa se la tensione scende sotto una certa soglia, mandando in interdizione il mosfet che farà da interruttore aperto.

Se si controlla il tutto con micro, non so se valga la pena avere un meccanismo di stacco pilotato direttamente dal microcontrollore. Se hai schemi validi dei due tipi, uno totalmente automatico e uno pilotabile in spegnimento da micro, lo apprezzerei molto. Magari ci sono anche schemi che funzionano in entrambi i modi, avendo uno spegnimento gestito dall'elettronica, forzabile da micro.

Io sto evitando i relè, perchè hanno un consumo non proprio ridotto, se lo scopo è preservare la batteria scarica, preferirei un circuito con correnti molto più basse, tipo mosfet e comparatori.

Maurizio

#10

Ho fatto una simulazione ma non ho provato il circuito realmente.
Spiegazioni del funzionamento:
U2 serve per avere una tensione di riferimento costante (un partitore non va bene perchè la tensione diminuisce con lo scaricarsi della batteria). Questa tensione viene applicata al pin invertente dell’operazionale.
La tensione della batteria viene ridotta dal partitore R2, R3, R4 e alimenta il pin non invertente dell’operazionale.
Quando la tensione sul pin + dell’operazionale è maggiore della tensione di riferimento (pin -) l’uscita di U1 è a 12v.
Scaricandosi la batteria la tensione sul pin + si riduce e quando è inferiore a 2.5v (tensione di riferimento) l’uscita di U1 va a 0v.
Q1 (mosfet a canale N) conduce (stato ON) quando sono presenti i 12v sul gate permettendo di avere una tensione di 5v in uscita.
Regolazione di R4:
Per regolare R4 occorre alimentare il circuito con un alimentatore variabile imposta su 11v (tensione minima di una batteria al piombo).
Mettere R4 alla minima resistenza e alimentare il circuito. Ruotare il trimmer finchè sull’uscita del comparatore non si misurano 0v (si può anche collegare un led, con adatta resistenza, all’uscita del comparatore per sapere se sono presenti 12v o 0v).
R1 serve per l’isteresi. Difatti se si aumenta la tensione dell’alimentatore l’uscita del comparatore resta sempre a 0v. Passerà a 12v solo quando il circuito sarà alimentato a 12v o tensione superiore.
Q1 per passare in stato On deve avere una tensione di gate almeno maggiore di 3-4v della tensione di source.
Essendo la tensione di source di 5v il gate deve avere almeno 9v (in questo circuito circa 11v).

Per poter usare il mosfet per attivare una tensione in uscita da un pin di arduino 3.3v o 5v occorre usare un mosfet a canale P e porre il pin di arduino a 0v, ccollegato al gate, per portarlo in stato ON. Attenzione il mosfet va girato al contrario source ingresso tensione e drain uscita tensione altrimenti il diodo interno lascia passare la tensione.
Per evitare che tra il pin di arduino e il gate del mosfet passi una corrente troppo bassa basta interporre una resistenza di circa 100 ohm.

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#11

Scusa per il ritardo e grazie per lo schema, K+, ora me lo studio e vedo se mi va bene così o me lo devo modificare. In particolare devo ritarare tutto per una soglia sui 4V e un'alimentazione massima poco superiore ai 5,5V. Penso che affiancarci un pezzo che forzi lo stacco da segnale digitale non sia impossibile da fare. grazie

Maurizio

#12

Devi modificare R2 e R3.
Ridurre il valore di R& per fare circolare su U2 10 ma.

#13

Si, si, lo schema è quello classico del comparatore con isteresi, con un riferimento di tensione stabile dato dal TL431 e poi il mosfet come interruttore per alimentare o meno l’uscita del convertitore DC/DC.
Probabilmente si potrebbe aggiungere qualche condensatore per migliorare i transienti, ora vedo anche in base al datasheet.
Poi, devo anche fare due calcoli per il pilotaggio del mosfet, per vedere se messo così ha energia sufficiente per un cambio stato ottimale o se serve un pilotaggio differente per migliorare questi transienti, ad es. un totem pole a transistor.

Quello che tipicamente mi manca, sono degli schemi da cui partire, perchè non ho una confidenza tale da riuscire a crearmeli da solo, poi per ridimensionare i valori o fare qualche piccola modifica, in genere mi riesco ad arrangiare.

grazie mille.
Maurizio

#14