Sistema de monitoramento de tensão de bateria de carro baseado em Pic

Neste projeto vamos fazer um sistema de monitoramento de bateria de carro baseado em PIC em PCB. Aqui nós projetamos um PCB usando o simulador e designer de PCB online EASYEDA. Este circuito de monitoramento de bateria de carro é usado para monitorar a energia da bateria de carro simplesmente conectando-a na tomada elétrica no painel de um carro. O PCB também tem a opção de usá-lo como ferramenta de medição de tensão ou voltímetro sem usar carregador USB para carro. Anexamos um bloco de terminais aqui para medir a tensão de outras fontes de alimentação, apenas conectando nele dois fios da fonte de alimentação.

Componentes necessários:

Microcontrolador PIC PIC18F2520 -1
Placa PCB Fabricada -1
Conector USB -1
Conector de terminal de 2 pinos (opcional) -1
Display de ânodo comum de sete segmentos (4 em 1) -1
BC557 Transistor -4
1k resistor -6
2k resistor -1
Resistor 100R -8
1000uF capacitor -1
10uF capacitor -1
Base de IC de 28 pinos -1
burgsticks femininos -1
7805 Regulador de tensão -1
Carregador USB para carro -1
LED -1
Diodo Zener 5.1v -2
Cabo USB (tipo B ou compatível com Arduino UNO) -1
20 MHz Cristal -1
Capacitor 33pF -2

Descrição:

Geralmente não é importante medir a carga da bateria do carro todas as vezes, mas muitas vezes precisamos saber sobre a tensão da bateria durante o carregamento, para verificar se está carregando ou não. Com isso, podemos proteger a falha da bateria devido ao sistema de carregamento com defeito. A voltagem de uma bateria de carro de 12v durante o carregamento é de cerca de 13,7v. Assim, podemos identificar se nossa bateria está carregando bem ou não e podemos investigar as causas da falha da bateria. Neste projeto vamos implementar um medidor de tensão para bateria de carro usando um microcontrolador PIC. O isqueiro do carro ou o carregador USB do carro são usados para obter a voltagem da bateria para o pino ADC do microcontrolador com a ajuda do circuito divisor de voltagem. Em seguida, um display de 4 dígitos e sete segmentosé usado para mostrar o valor da tensão da bateria. Este circuito pode medir a tensão de até 15v.

Quando a bateria de um carro está carregando, a tensão nos terminais da bateria está, na verdade, vindo do alternador / retificador, é por isso que o sistema lê 13,7 volts. Mas quando a bateria não está carregando ou o motor do carro não está LIGADO, a voltagem no terminal da bateria é a voltagem real da bateria em torno de 12v.

Também podemos usar o mesmo circuito para medir a tensão de outras fontes de energia até 15v. Para este propósito, soldamos o bloco de terminais (bloco de plástico de cor verde) no PCB, onde você pode conectar dois fios da fonte de alimentação e monitorar a tensão. Confira o vídeo no final, onde o demonstramos medindo a tensão de uma fonte de alimentação variável, um banco de alimentação USB e um adaptador AC-DC 12v. Verifique também o circuito simples do monitor de bateria e o circuito do carregador de bateria 12v.

Diagrama de circuito e explicação de trabalho:

Neste circuito de monitoramento da tensão da bateria, lemos a tensão da bateria do carro usando um pino analógico embutido do microcontrolador PIC e aqui selecionamos o pino AN0 (28) pino do microcontrolador através de um circuito divisor de tensão. Um diodo zener de 5.1v também é usado para proteção.

O display de 7 segmentos 4 em 1 é usado para exibir o valor instantâneo da voltagem da bateria do carro que está conectada no PORTB e PORTC do microcontrolador. Um regulador de tensão de 5 V denominado LM7805 é usado para alimentar todo o circuito, incluindo monitores de sete segmentos. Um oscilador de cristal de 20 MHz é usado para sincronizar o microcontrolador. O circuito é alimentado pelo próprio carregador USB para carro usando um LM7805. Adicionamos uma porta USB no PCB, para que possamos conectar o carregador USB do carro diretamente ao circuito.

O carregador USB ou o isqueiro do carro fornecem alimentação regulada de 5 V da tomada de 12 V do carro, mas precisamos medir a voltagem real da bateria do carro, portanto ajustamos o carregador do carro. Você precisa abrir o carregador USB do carro e encontrar os terminais 5v (saída) e 12v (entrada) e, em seguida, remover a conexão 5v esfregando-a com lixa ou alguma coisa dura e curto-circuitar o terminal de saída USB para 12v diretamente. Primeiro abra a conexão 5v da porta USB no carregador USB do carro e, em seguida, conecte 12v à porta USB onde o 5v foi conectado. Conforme mostrado na figura abaixo, cortamos a conexão com um círculo vermelho, ela pode ser diferente no carregador do seu carro.

Para configurar o ADC aqui, selecionamos o pino analógico AN0 com uma tensão de referência interna de 5v ef / 32 clock para a conversão do ADC.

Para calcular a tensão da bateria do carro a partir do valor ADC, usamos a fórmula dada:

Tensão = (valor ADC / fator de resistor) * Tensão de referência Onde: valor ADC = saída do divisor de tensão (convertido em digital pelo microcontrolador) Fator de resistor = 1023,0 / (R2 / R1 + R2) // 1023 é o valor ADC máximo (10- bit) Tensão de referência = 5 volts // referência 5v interna selecionada

Cálculo do fator de resistência:

Neste projeto, estamos lendo a tensão da bateria do carro que é (geralmente) em torno de 12v-14v. Então, fizemos este projeto assumindo no máximo 15v significa que este sistema pode ser lido no máximo até 15v.

Portanto, no circuito, usamos o resistor R1 e R2 na parte do divisor de tensão e os valores são:

R1 = 2K

R2 = 1K

Fator de resistor = 1023,0 * (1000/2000 + 1000)

Fator de resistor = 1023,0 * (1/3)

Fator do resistor = 341,0 para até 15 volts

Assim, a Fórmula Final para o cálculo da tensão será a seguinte, que utilizamos no Código, fornecida ao final deste Artigo:

Tensão = (valor ADC / 341,0) * 5,0

Projeto de circuito e PCB usando EasyEDA:

Para projetar um circuito para monitor de tensão de bateria de carro, usamos EasyEDA, uma ferramenta EDA online gratuita para a criação de circuitos e PCBs de uma maneira contínua. Anteriormente, encomendamos poucos PCBs da EasyEDA e ainda usando seus serviços, pois encontramos todo o processo, desde o desenho dos circuitos até o pedido dos PCBs, mais conveniente e eficiente em comparação com outros fabricantes de PCBs. EasyEDA oferece desenho de circuito, simulação, design de PCB gratuitamente e também oferece serviço de PCB personalizado de alta qualidade mas baixo preço. Confira aqui o tutorial completo sobre como usar o Easy EDA para fazer esquemas, layouts de PCB, simulação de circuitos etc.

EasyEDA está melhorando dia a dia; eles adicionaram muitos recursos novos e melhoraram a experiência geral do usuário, o que torna o EasyEDA mais fácil e utilizável para projetar circuitos. Em breve, eles vão lançar sua versão Desktop, que pode ser baixada e instalada em seu computador para uso offline.

No EasyEDA, você pode tornar seus circuitos e projetos de PCB públicos para que outros usuários possam copiá-los ou editá-los e tirar proveito disso. Também tornamos públicos todos os nossos circuitos e layouts de PCB para este monitor de tensão de bateria de carro, verifique o link abaixo:

easyeda.com/circuitdigest/PIC_based_Car_Battery_Monitoring_System-63c2d5948eaa48c5bcb relevantdb49a6c776

Abaixo está o instantâneo da camada superior do layout do PCB do EasyEDA, você pode visualizar qualquer camada (superior, inferior, superior, inferior, etc.) do PCB selecionando a camada da janela 'Camadas'.

Calculando e solicitando amostras de PCB online:

Depois de concluir o design do PCB, você pode clicar no ícone de saída de fabricação , que o levará para a página de pedido do PCB. Aqui você pode visualizar seu PCB no Gerber Viewer ou baixar arquivos Gerber do seu PCB e enviá-los a qualquer fabricante, também é muito mais fácil (e barato) encomendá-lo diretamente no EasyEDA. Aqui você pode selecionar o número de PCBs que deseja solicitar, quantas camadas de cobre você precisa, a espessura do PCB, o peso do cobre e até mesmo a cor do PCB. Depois de selecionar todas as opções, clique em “Salvar no carrinho” e conclua seu pedido. Em seguida, você receberá seus PCBs alguns dias depois.

Você pode solicitar diretamente este PCB ou baixar o arquivo Gerber usando este link.

Depois de alguns dias pedindo PCBs, recebi as amostras de PCBs

Depois de obter os PCBs, montei todos os componentes necessários sobre o PCB e, finalmente, temos o nosso Sistema de Monitoramento de Bateria de Carro pronto, verifique este circuito funcionando no Vídeo fornecido no final.

Explicação de programação:

O programa deste projeto é um pouco difícil para iniciantes. Para escrever este código, precisamos de alguns arquivos de cabeçalho. Aqui, estamos usando MPLAB X IDE para codificação e o compilador XC para construir e compilar o código. O código é escrito em linguagem C.

Neste código, lemos a tensão da bateria usando um pino analógico e para controlar ou enviar dados para um display de 7 segmentos de 4 dígitos, usamos a rotina de servidor de interrupção do temporizador no microcontrolador PIC. Todo o cálculo para medição de tensão é feito na rotina do programa principal.

Primeiro, incluímos no código um cabeçalho e, em seguida, configuramos o microcontrolador PIC usando bits de configuração.

#incluir // xc8 é compilador // CONFIG1H #pragma config OSC = HS #pragma config FCMEN = OFF #pragma config IESO = OFF // CONFIG2L #pragma config PWRT = ON #pragma config BOREN = SBORDIS #pragma config BORV = 3 // CONFIG2H #pragma config WDT = OFF #pragma config WDTPS = 32768……………….

E então variáveis declaradas e pinos definidos para exibição de sete segmentos

unsigned int counter2; posição char unsigned = 0; caracteres sem sinal k = {0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; dígito interno 1 = 0, dígito 2 = 0, dígito 3 = 0, dígito 4 = 0; #define TRIS_seg1 TRISCbits.TRISC0 #define TRIS_seg2 TRISCbits.TRISC1 #define TRIS_seg3 TRISCbits.TRISC2 #define TRIS_seg4 TRISCbits.TRISC3 #define TRIS_led1 TRISCbitsine TRIS_seg3 TRISCbits.TRISC2 #define TRIS_seg4 TRISCbits.TRISC3 #define TRIS_led1 TRISCbitsine.TRISA_TRISA4 TRIS_led1 TRISCbits.TRISC2 #define TRIS_seg4 TRISCbits.TRISC3 #define TRIS_led1 TRISCbits.TRISA_TRISA4 TRIS_led51 TRISCbits.TRISAled2 TRIS_led5 TRISAbits.TRISA………………

Agora, criamos uma rotina de interrupção do cronômetro para orientar a exibição de sete segmentos:

void interrupt low_priority LowIsr (void) {if (TMR0IF == 1) {counter2 ++; if (contador2> = 1) {if (posição == 0) {seg1 = 0; seg2 = 1; seg3 = 1; seg4 = 1;………………

Agora, na função void main () , inicializamos o timer e a interrupção.

GIE = 1; // GLOBLE INTRRUPT ENABLE PEIE = 1; // sinalizador de intrusão periférica T0CON = 0b000000000; // valor do prescaler put TMR0IE = 1; // ativação da interrupção TMR0IP = 0; // prioridade de interrupção TMR0 = 55536; // inicia o contador após este valor TMR0ON = 1;

E então, em enquanto loop, lemos entrada analógica no pino analógico e chamar alguma função para os cálculos.

enquanto (1) {adc_init (); para (i = 0; i <40; i ++) {Value = adc_value (); adcValue + = Value; } adcValue = (float) adcValue / 40.0; convert (adcValue); atraso (100); }

A função adc_init () dada é usada para inicializar ADC

void adc_init () {ADCON0 = 0b00000011; // selecione o canal adc ADCON1 = 0b00001110; // seleciona i / p analógico e digital ADCON2 = 0b10001010; // tempo de equalização mantendo o limite de tempo ADON = 1; }

Dado adc_value função é usado para ler a entrada do pino analógico e calcular tensão.

float adc_value (void) {float adc_data = 0; enquanto (GO / DONE == 1); // valor de adc de início de conversão de dados de bit mais alto adc_data = (ADRESL) + (ADRESH << 8); // Armazena a saída de 10 bits adc_data = ((adc_data / 342.0) * 5.0); return adc_data; }

E a função de conversão dada é usada para converter o valor da tensão em valores suportados pelo segmento.

void convert (float f) {int d = (f * 100); dígito1 = d% 10; d = d / 10; dígito 2 = d% 10; d = d / 10; dígito 3 = d% 10; dígito 4 = d / 10; }

Verifique o código completo para este projeto abaixo com um vídeo de demonstração.