Pomiar napięcia PIC

9

Korzystam z urządzenia zasilanego bateryjnie i chciałbym, aby mój mikrokontroler (PIC) informował o napięciu zasilania.

Dzięki temu mogę określić, ile akumulatorów jest zużywanych w zasilaniu, a także stan naładowania akumulatora.

Zakres napięcia zasilania wynosi od 4xD (nominalna NiMH 1,2 V lub alkaliczne 1,5 V, co daje około 6 V) do 12xAA (NiVH 1,2 V dla 14,4 V lub alkaliczna 1,5 V dla 18 V).

Mój PIC jest zasilany z regulowanego źródła zasilania 5 V.

Planuję użyć jednego z portów ADC do pomiaru napięcia i dlatego uważam, że powinienem odwzorować 18 V FSD na zakres 0-5 V, więc z grubsza musiałbym podzielić napięcie wejściowe przez 3.

Słyszałem o zastosowaniu dzielnika napięcia rezystora, ale wiem, że może to być marnotrawstwo pod względem zużycia energii.

Zastanawiasz się, czy istnieje lepszy sposób na osiągnięcie tego podziału napięcia bez zbyt dużej utraty energii / strat?

Dzięki.

pic voltage batteries energy mad_z
źródło

Odpowiedzi:

8

chcesz dzielnik napięcia. jeśli zależy Ci na rozproszeniu mocy, możesz zrobić kilka rzeczy:

  • użyj dość wysokiego impedancji dzielnika napięcia z kondensatorem na zacisku wyjściowym i buforuj go wzmacniaczem operacyjnym o niskiej mocy. Upewnij się, że używasz filtra RC między wzmacniaczem operacyjnym a ADC, wartości tego filtra RC wynoszą zwykle około 50-200 omów, 1000pf. Służy to do utrzymania stabilnego napięcia, gdy ADC przełącza się między kanałami, a ładunek jest przenoszony między wewnętrznym kondensatorem ADC a stykiem zewnętrznym. Sam wzmacniacz operacyjny nie może tego zrobić. Jeśli nie buforujesz dzielnika napięcia o wysokiej impedancji, otrzymasz błędy z powodu prądu upływu ADC i transferu ładunku.

  • przełącz dzielnik napięcia, np. podłącz / odłącz go do napięcia zasilania, abyś mógł to zrobić tylko okazjonalnie, kiedy chcesz. PFET działałby, bądź ostrożny z tym, jak go prowadzisz.

Jason S.
źródło
Brzmi świetnie, chciałbym tylko dodać, że musisz załadować (pobierać prąd) baterię, aby uzyskać realistyczny pomiar pozostałej żywotności baterii. O wiele lepiej jest z dzielnikiem wyższego prądu z wyłącznikiem.
Kortuk
Właśnie opublikowałem podobną odpowiedź i głosowałem za jej usunięciem. Najwyraźniej miałem starą wersję strony w pamięci podręcznej. Głosowałem za tym, jest to dobra droga.
Lou
+1 za przełączenie dzielnika napięcia. Bardzo przydatna sztuczka.
Clint Lawrence,
@Kortuk: masz bardzo dobry punkt, ale oddzieliłem dzielnik napięcia od obciążenia akumulatora. Naprawdę łatwo jest napędzać N-kanałowy FET bezpośrednio z mikrokontrolera (cóż ... powinien być mały rezystor między mikroprocesorem + bramką FET, zwykle używam 10-100 omów) i mieć rezystor od drenażu FET do zasilania . O wiele łatwiej niż próba połączenia tych dwóch funkcji i stworzenia przełączalnego dzielnika napięcia. Poza tym wiele razy chcesz zmierzyć napięcie akumulatora bez obciążenia lub prawie bez obciążenia. Właściwie, gdybym musiał wybrać jedno lub drugie, zmierzyłbym to bez obciążenia.
Jason S,
6

Jason S przedstawił dobrą sugestię, w jaki sposób można zmniejszyć moc w razie potrzeby. Ale zanim jeszcze bardziej skomplikujesz sobie życie, możesz ustalić, na jaką moc naprawdę możesz sobie pozwolić.

W przypadku każdego projektu o niskiej mocy należy wziąć pod uwagę ogólny budżet mocy. W przypadku urządzenia zasilanego bateryjnie będzie to zazwyczaj zależeć od pożądanej żywotności baterii. Jeśli łączna moc reszty obwodu jest znacznie większa niż dzielnik rezystora, to albo nie musisz się tym martwić, albo masz inne części obwodu wymagające energii.

Clint Lawrence
źródło
4
+1 za wskazanie znaczenia perspektywy. Dodałbym, że jeśli jest to 1% twojego budżetu mocy, nie warto się martwić (chyba że masz kilka dzielników napięcia!) - jeśli jest to 5-10% twojego budżetu mocy, być może warto się martwić; jeśli jest to 20% lub więcej, to jest. (just my 2c)
Jason S
Brzmi dla mnie jak dobra zasada. Inną ważną kwestią jest to, że możemy mierzyć i obliczać te rzeczy. A robienie tego jest bardziej pomocne niż zgadywanie :)
Clint Lawrence
Dobra uwaga, Jason. Trochę więcej o aplikacji: jest to system oświetleniowy, który będzie nieużywany przez długi czas, a następnie po włączeniu pobierze około 3A z zasilacza z obwodem prądu stałego. Podczas pracy pobór mocy do monitorowania napięcia stanowi nieznaczną część całkowitego poboru mocy. Jednak w trybie czuwania chciałbym, aby pojemność baterii nie była niepotrzebnie wyczerpywana tak bardzo, jak to możliwe, a raczej wolałbym, aby jakikolwiek nieunikniony odpływ pasożytów został zminimalizowany w trybie gotowości.
@Kheng: Czy można mieć wszystko oprócz mikrokontrolera na osobnym zasilaczu? Włączają urządzenia peryferyjne jednocześnie za pomocą jednego przekaźnika lub fet pod kontrolą UC. Powinno być wtedy łatwo kontrolować prąd czuwania w UC i nie trzeba się martwić o minimalizację mocy w poszczególnych obwodach.
Clint Lawrence,
@Kheng: „Chciałbym, aby pojemność baterii nie była nadmiernie wyczerpywana tak bardzo, jak to możliwe” jest zbyt spiczasta dla inżyniera. Jaki jest średni pobierany prąd? Aby obliczyć, musisz znać średni cykl pracy i prąd jałowy. Następnie zastosuj ogólne zasady podane przez Jasona, aby sprawdzić, czy sensowne jest zrobienie czegoś bardziej skomplikowanego niż dzielnik rezystorowy. Inżynieria NIE robi „najlepszego z możliwych”, „spełnia wymagania dotyczące najniższych kosztów”.
Wouter van Ooijen