ساخت مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری

در این آموزش کاربردی، نحوه ساخت مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری با استفاده از آی سی LM3914 را بیان می کنیم. سطح ولتاژ باتری در این مدار توسط ۱۰ عدد LED قابل تشخیص است، بدین صورت که هر کدام از LED ها نمایانگر ۱۰ درصد از ولتاژ باتری هستند. به طور مثال اگر هفت LED روشن باشد، به این معناست که سطح ولتاژ باتری ۷۰ درصد است.

این مدار برای اندازه گیری سطح ولتاژ باتری خودرو و انواع باتری های سرب اسید ۱۲V مورد استفاده قرار می گیرد.

شکل۱. نمونه برد مونتاژشده

قطعات مورد نیاز برای ساخت مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری:

بررسی آی سی LM3914 به کار رفته در مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری

قطعه اصلی مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری، آی سی درایور LED با نام LM3914 است. این آی سی با توجه به سطح ولتاژ آنالوگ در ورودی، LED های مرتبط را در خروجی خود روشن می کند. وضعیت پین های آی سی مطابق با شکل ۲ می باشد:

شکل۲. پین های آی سی LM3914

در خروجی هر آی سی LM3914 10 عدد LED قرار می گیرد که همان طور که گفته شد، وظیفه نمایش سطح ولتاژ باتری را بر عهده دارد. این آی سی قابلیت نمایش تا ۱۰۰ پله را دارد، به این صورت که با قرار دادن ۱۰ عدد آی سی LM3914 در کنار یکدیگر، می توانید تا ۱۰۰ LED را کنترل کنید(برای اطلاع از جزییات می توانید به دیتاشیت آی سی مراجعه کنید).

شیوه نمایش سطح ولتاژ باتری ها توسط LED در خروجی آی سی LM3914 در دو حالت نقطه ای و ستونی قابل انتخاب می باشد که این کار توسط پین ۹ آی سی انجام می گیرد. در ادامه در این مورد بیشتر توضیح داده خواهد شد.

از ویژگی های آی سی LM3914 می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• ولتاژ تغذیه از ۳V تا ۲۵V
• دارای ولتاژ رفرنس داخلی از ۲V تا ۱۲V
• قابلیت تحمل ولتاژ لحظه­ای از -۳۵V تا +۳۵V
• قابلیت کار در محدوده دمایی ۰ تا ۷۰ درجه سانتی گراد
• جریان خروجی قابل برنامه ریزی از ۲mA تا ۳۰mA
• قابلیت نمایش سطح ولتاژ به صورت نقطه ای یا ستونی
• قابلیت نمایش سطح ولتاژ با دقت ۱۰۰ پله
• محدوده مناسب برای اندازه گیری سطح ولتاژ ۳V تا ۱۸V می باشد.

شماتیک مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری در شکل۳ نشان داده شده است.

شکل۳. شماتیک مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری

در این مدار دو حالت برای نمایش سطح ولتاژ باتری توسط LED ها وجود دارد. انتخاب هر یک از این دو حالت توسط جامپر موجود در مدار که به پین شماره ۹ آی سی LM3914 متصل است، انجام می شود. به طور مثال فرض کنید که باتری ما شارژ کامل است. حال در صورتی که پین شماره ۹ به VCC متصل باشد، خروجی آی سی LM3914 در وضعیت نمایش ستونی(BAR MODE) قرار گرفته و همه LED ها روشن می شوند. ولی اگر پین شماره ۹ به جایی متصل نباشد، آی سی در وضعیت نقطه ای(DOT MODE) قرار گرفته و فقط LED شماره ۱۰ روشن خواهد شد.

پین های ۶ و ۷ آی سی LM3914 به یکدیگر متصل شده و با یک مقاومت ۴.۷ کیلو اهم به زمین متصل می شوند. با استفاده از این مقاومت میزان روشنایی LED ها کنترل می شود. مقاومت R1 و پتانسیومتر POT1 یک مدار تقسیم کننده ولتاژ را ایجاد می کنند.

برای اندازه گیری ولتاژ باتری، ابتدا باید مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری را مطابق با حداکثر ولتاژ باتری مورد نظر کالیبره کنید. مقدار حداکثر و حداقل سطح ولتاژ باتری های سرب اسید در حالت استاندارد به ترتیب برابر با ۱۵V و ۱۰.۵V ولت می باشد. پتانسیومتر POT1 برای همین هدف به کار می روند. برای این منظور نیاز به یک منبع تغذیه متغیر دارید. ابتدا منبع تغذیه را بر روی حداکثر ولتاژی که باتری مورد نظر شما می تواند داشته باشد قرار دهید، در این وضعیت پتانسیومتر POT1 را به گونه ای تغییر دهید که LED شماره ۱۰ روشن شود (پتانسیومتر را به گونه ای تغییر دهید که ابتدا خاموش شدن LED شماره ۱۰ را ببینید و سپس آن را آنقدر تغییر دهید تا این LED روشن شود).

 اکنون مدار نمایشگر ولتاژ باتری شما کالیبره شده و آماده استفاده است.

نکات مهم مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری:

• برای راه اندازی این مدار نیازی به هیچ گونه تغذیه خارجی ندارید و مدار از همان ولتاژ باتری برای تغذیه استفاده می کند.
• با توجه به اینکه LED ها توسط درایور LM3914 کنترل می شوند، نیازی به قرار دادن مقاومت به صورت سری با هر LED به منظور کنترل روشنایی آن نیست (در حالت عادی زمانی که می خواهیم یک LED را روشن کنیم، حتما باید یک مقاومت سری در حدود ۲۲۰ اهم به صورت سری با آن قرار دهیم تا LED آسیب نبیند).
• لازم به ذکر است، با توجه به اینکه این آی سی محدوده ولتاژ آنالوگ ورودی را به ۱۰ قسمت برای نمایش تقسیم می کند، دقت نمایش آن مشابه نمایشگرهای دیجیتال تا چند رقم اعشار نیست. البته با استفاده از ۱۰ عدد از این آی سی ها می توان دقت نمایش را بالاتر برد، ولی ممکن است این کار از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نباشد.
• ترکیب و تعداد LED های رنگی که ما انتخاب کردیم به صورت دلخواه می باشد و شما می توانید آن را طبق سلیقه خود تغییر دهید.
• در صورتی که می خواهید محدوده ولتاژی که اندازه می گیرید تغییر دهید، به جای مقاومت ۱۸ کیلو اهم متصل شده به پین شماره ۴، یک پتانسیومتر قرار دهید و با تغییر مقادیر دو پتانسیومتری که دارید، بازه اندازه گیری ولتاژ را تغییر دهید.
• این مدار تست شده و عملکرد صحیح آن مورد تایید است.

شماتیک و PCB پیشنهادی در این نوشتار، در نرم افزار Altium Designer طراحی شده و همچنین شبیه سازی مدار در نرم افزار پروتئوس انجام شده است. شما می توانید در انتهای مقاله تمامی اطلاعات را دانلود نمایید.

در شکل های ۴ تا ۸ PCB این مدار نشان داده شده است.

شکل۴. PCB مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری با نرم افزار Altium در حالت دو بعدی

شکل۵. PCB مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری با نرم افزار Altium در حالت سه بعدی

شکل۶. PCB مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری با نرم افزار Altium در حالت سه بعدی

شکل۷. PCB مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری با نرم افزار Altium در حالت سه بعدی

تصویر ۸ . PCB مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری آماده برای چاپ به روش اتو

امیدواریم این آموزش اطلاعات مناسبی را در اختیار شما قرار داده باشد. با ارائه نظرات، پیشنهادات و انتقادات خود ما را در هرچه بهتر شدن ارائه مطالب یاری کنید.

شما می توانید اطلاعات کامل این مقاله شامل موارد زیر را از بخش ((فایل PCB و اطلاعات کامل نمایشگر سطح ولتاژ باتری)) دانلود کنید:

• سورس فایل PCB و شماتیک مدار طراحی شده در نرم افزار Altium Designer
• PDF فایل PCB مدار، آماده جهت چاپ به روش اتو
• لیست کامل قطعات مورد نیاز برای ساخت مدار
• فایل شبیه سازی مدار در نرم افزار پروتئوس
• PDF کامل مقاله ساخت مدار نمایشگر سطح ولتاژ باتری