OLED 디스플레이가 있는 프로그래밍 가능한 포켓 전원 공급 장치

이 프로젝트 정보

아이디어

취미 생활을 하는 사람으로서 우리는 종종 프로토타입에 전원을 공급하고, 전압, 전류, 프로젝트의 전력 제한을 확인하고, 새로 구입한 구성 요소를 테스트해야 합니다. 가변 전원 공급 장치의 필요성은 항상 이 작업 라인에 있습니다. 그러나 불행하게도 우리 모두가 벤치/실험실 전원 공급 장치를 가지고 있는 것은 아닙니다. 또한 구입하면 비싸고 휴대해야 하는 경우 부피가 커집니다. 저는 프로토타입 및 테스트 구성 요소에 전원을 공급하기 위한 휴대성과 생산성을 갖춘 더 저렴한 비용의 프로그래밍 가능한 전원 공급 장치를 찾고 있었습니다. 그래서 하나 만들기로 했습니다.

다음과 같은 기능이 있습니다.

저전력 전자 프로젝트를 위한 가장 다재다능한 전원 공급 장치입니다.

라이브 액션!

장치 작동을 보여주는 이 비디오를 확인하십시오.

장치 사양

장치 사양은 다음과 같습니다.

이 장치는 빠른 프로토타입입니다. 고용량 배터리, 추가 전자 장치 및 업그레이드 된 디자인을 사용하여 0-30, 심지어 음의 공급 및 더 많은 출력 전류를 만드는 것이 가능합니다.

작동 원리

디자인 자체는 하드웨어 집약적입니다. 많은 일들이 여기서 일어나고 있습니다. 시스템의 조잡한 블록 다이어그램은 다음과 같습니다.

전원은 USB 충전식 3.7V Li-Po 배터리입니다. 먼저 XL6009 DC-DC 부스트 모듈을 사용하여 Li-Po에서 15.6볼트를 만듭니다. MCU를 실행하기 위해 7805 레귤레이터를 사용하여 5볼트도 만듭니다.

Arduino UNO 클론 Atmega328P는 우아한 OLED 출력 디스플레이인 2 인터럽트 기반 사용자 입력 스위치와 연결됩니다. PC에서 USB/Serial을 통한 Rx/Tx/DTR 펌웨어(스케치) 업로드 포트. (모듈 1)

프로젝트의 핵심은 MCP4131 디지털 전위차계(Digipot) + LM 358 OpAmp 입니다. 기반 단계 전압 생성기. 이 전압은 LM317 가변 레귤레이터의 제어 전압입니다. (모듈 2)

Digipot은 Pseudo-SPI와 같은 명령을 통해 Arduino에서 제어됩니다. LM317은 출력 핀 전압 핀 전압 조정 보다 항상 1.25볼트 높습니다. INPUT 핀의 전압이 충분히 높다면(여기서는 15.6볼트). (모듈 3)

단계 전압은 사용자가 필요에 따라 Arduino에서 가변 출력을 생성하기 위해 조정 핀에 공급됩니다.

ADC는 감시 및 보호와 관련된 모든 전압을 측정합니다. 배터리 전압, 부스트 전압, 충전 감지 전압 및 출력 전압은 여기에서 0-1.1볼트인 ADC 범위를 공급하기 위한 전압 분배기 네트워크를 통해 조절됩니다. 1.1볼트의 기준 전압을 생성하는 Arduino의 INTERNAL REFERENCE를 사용했습니다.

전류 감지의 경우 출력 부하의 리턴(부하 Gnd)은 1 Ohms 전류 감지 저항과 직렬로 시스템 Gnd에 연결됩니다. 전류가 외부 부하를 통해 흐를 때 이 감지 저항에서도 전압 강하가 발생합니다. 이 전압은 OP07 정밀 연산 증폭기를 통해 증폭되어 ADC 핀 중 하나에 공급됩니다.

마지막으로 배터리 충전을 위해 USB의 5볼트를 4007 다이오드와 직렬로 연결하고 5옴 전류 제한 저항을 Li-Po 배터리에 연결합니다. 이것은 Li-Po 충전에 적합하지 않은 조 충전 방식입니다.

서머리 작전: MCP4131 디지털 전위차계는 약 40mV(7비트 10K Digipot의 129개 단계 5V/128 =0.40mV) 단위로 0-5볼트 범위의 단계 전압을 생성한 다음 0-12.5를 제공하는 LM358에 의해 2.5배 증폭됩니다. 볼트는 0.1볼트 단위로 전압 범위를 제어합니다. 이 증폭된 스텝 전압 신호는 LM317의 조정 핀에 공급됩니다. LM317은 외부 부하에 공급되는 V_Step+1.25V의 출력 전압을 생성합니다. 외부 부하의 반환/접지는 1 Ohms 전류 감지 저항을 통해 내부 접지에 연결됩니다. 가정:x mA 전류가 외부 부하로 흐르면 x가 생성됩니다. 1옴 전류 감지 저항기의 mV 강하(옴 법칙 V=I*R). 이 작은 전압 신호는 2.5X 이득으로 구성된 저 오프셋(10uV) OpAmp OP07에 공급되어 2.5x를 생성합니다. mV 출력. Arduino ADC는 0-1100mV의 전압이 약 1mV(1100/1023) 단위로 감지될 수 있도록 1.1V 내부 기준으로 구성됩니다. OP07의 출력은 전류 감지를 위해 Arduino ADC에 연결됩니다. 이것이 전류 제한이 400mA인 이유입니다. OP07의 게인을 변경하여 증감할 수 있습니다. 마찬가지로 출력 전압 범위는 LM358의 부스트 전압 및 이득을 변경하여 변경할 수 있습니다. 다른 전압은 ADC 범위에 맞게 전압을 감쇠하는 저항 전압 분배기 네트워크로 측정됩니다. 래치 릴레이에는 2개의 코일이 있습니다. 임의의 코일에 순간 전원을 인가함으로써 릴레이 접점을 전환할 수 있습니다. 스위치를 켜면 그대로 유지되므로 코일의 전원이 즉시 꺼집니다.

프로젝트 구축

먼저 단일 스위치 소켓 상자로 시작하여 배터리, USB 충전 포트, 전원 스위치 등을 배치하는 데 필요한 절단 및 정렬을 수행합니다.

다음으로 DC-DC 부스트 모듈을 위한 구리 테이프와 코인으로 방열판을 만듭니다.

부스트 모듈은 소켓 상자 안에 배치됩니다.

위의 부품을 사용하여 다음 3개의 모듈이 만들어집니다.

마지막으로 모든 보드 사이의 스파이더 웹 연결이 연결되고 납땜됩니다.

핫 글루를 필러로 사용한 후 마침내 다음과 같이 되었습니다.

펌웨어 및 운영 절차 개발

펌웨어(Arduino Sketch)는 현재 1.0.2 베타입니다. 현재 모든 기능을 사용할 수 있는 것은 아닙니다. 그러나 전압 제어, 릴레이 연결/분리, 정보 보기와 같은 가장 중요한 기능이 활성화됩니다. void setup()에서 다른 외부 하드웨어와 연결된 Arduino 핀을 워밍업하는 초기화 기능이 거의 없습니다.

입력 :출력 전압 증가/감소, 메뉴 액세스를 위한 2개의 인터럽트 기반 입력 버튼이 있습니다(이 버전에서는 사용할 수 없음). Arduino 핀 2 및 3의 INT0 및 INT1은 FALLING EDGE INTERRUPT용으로 코딩되어 있습니다. 디바운싱을 위한 기계식 스위치와 병렬로 2개의 커패시터가 표시됩니다. 사용자가 이 스위치를 눌러 릴레이를 통해 출력을 켜고 끌 때 인터럽트를 트리거하는 코드가 작성되거나 전압(베타)이 증가/감소합니다.

출력 :1306 OLED는 ADC로부터 데이터를 획득하는 출력 정보, 내부 타이머(장치 가동 시간용) 및 출력 활성화/비활성화 상태를 사용자에게 알려주는 플래그 변수를 보여줍니다. U8G 라이브러리를 기반으로 OLED는 정보를 텍스트 및 숫자로 인쇄합니다. 그래픽(아날로그) 표현을 사용할 계획이 있습니다.

SSD1306(Waveshare의 OLED) clk,din,cs,d/c,res의 5개의 디지털 핀이 Arduino 10, 9, 11, 13, 12 핀에 연결되고 그에 따라 프로그래밍됩니다. 메인 루프에서 update_display() 함수는 OLED 정보를 업데이트하기 위해 매번 호출됩니다.

Atmega328P의 내부 타이머 1은 시간을 추적하기 위해 1초마다 주기적으로 트리거하도록 구성되어 있습니다.

제어: MCP 4131 디지털 전위차계는 increment_digipot()가 있는 컨트롤러입니다. 및 decrement_digipot() 핀 6, 7, 8을 CS, Clk, 데이터 핀으로 사용하여 데이터가 적절한 클럭 및 지연으로 시프트되는 기능입니다. 느린 소프트 SPI와 같습니다. 이미 다른 곳에서 하드웨어 SPI 핀을 사용했기 때문에 이것이 유일한 해결책이었습니다.

2개의 디지털 핀 4 및 5는 래칭 릴레이를 제어하는 ​​데 사용됩니다. 짧은 하이 펄스가 릴레이 구동 트랜지스터에 공급되어 2개의 코일에 전원을 공급하여 릴레이를 뒤집습니다. 자동(과부하/단락 시) 또는 사용자에 의해 수동으로 발생합니다.

ADC: calc_VI() 메인 루프의 함수는 analogRead를 수행합니다. 20배의 평균 전압 및 전류 정보를 얻고 디스플레이에 인쇄되는 새로운 정보에 대한 변수를 업데이트했습니다.

스케치는 여러 탭에 작성되어 다양한 작업과 관련된 다양한 기능에 대한 코드를 구성합니다. ADC, Digipot, Display_Fn이 있습니다. , 모든 사용자 정의 기능을 정렬하는 인터럽트, 릴레이 및 타이머 탭. 모든 기능을 설명하는 설명을 더 추가하려고 하지만 이러한 기능은 특정 작업을 수행하는 여러 Arduino 기능을 기반으로 하기 때문에 이해하기 어렵지 않을 것입니다.

제한

이 기기에는 몇 가지 심각한 제한 사항이 있습니다.

<울>

전압은 2.0V 미만으로 떨어질 수 없습니다.

전압 출력이 연속적이지 않고 단계적

전류 측정은 고전류에 대한 접지 이동을 생성합니다.

ADC 측정의 해상도가 낮습니다.

효율은 저전압 고전류 부하에서 동급 최악

비표준, 약간 안전하지 않은 Li-Po 충전

참조

다음 튜토리얼에서 각 구성요소에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.

<울>

회전 전위차계

버튼 튜토리얼

결론 &

이 프로그래밍 가능한 전원 공급 장치는 프로젝트/프로토타입을 보다 효율적으로 만드는 데 도움이 됩니다. 멀티미터를 사용하지 않고 전압 전류 전력 측정.

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코드

<울>

Arduino 프로그래밍 가능한 휴대용 전원 공급 장치

코드 버전 1.0.1 베타

코드 버전 1.0.2 베타

코드 버전 1.0.3

Arduino 프로그래밍 가능 휴대용 전원 공급 장치Arduino

Ver 1.0.1 with Pin out information in comments

// 핀 리셋, 스케치 업로드용 D0 &D1// OLED 디스플레이 제어용 핀 D9,D10,D11,D12,D13// V_boost 감지용 ADC A0 핀// V_batt(LiPo) 감지용 ADC A2 핀// I_Output(부하) 감지용 ADC A3 핀// V_USB(충전) 감지용 ADC A4 핀// V_Output(부하) 감지용 ADC A5 핀// 래치 릴레이의 2개 코일 구동 핀 D4 &D5#define RC1 4#define RC2 5// 핀 D2 &D3#define SW1 2#define SW2 3// 디지털 포트 제어 핀용 핀 D6,D7,D8에 연결된 사용자 입력 스위치#define CS_PIN 6#define CLK_PIN 7 #define DATA_PIN 8volatile uint8_t Switch1 =1;volatile uint8_t Switch2 =1;float V_Out =0.0;float I_Out =0.0;float V_Bat =0.0;float V_Bst =0.0;float V_Chg =0.0_time =U3 h"// OLED 디스플레이 제어 핀//SSD1306 oled waveshare(clk,din,cs,d/c,res);// WAVESHAREU8GLIB_SSD1306_128X64 u8g(10, 9,11, 13,12)를 위한 것입니다. void setup(void) { // 필요한 경우 화면을 뒤집습니다. analogReference(INTERNAL); u8g.setRot180(); button_init(); relay_init(); init_timer1(); digipot_init(); } 무효 루프(무효) { update_display(); calc_VI(); if (스위치1==0) { rc1_latch(); 스위치1=1; 증분_디지팟(); } if (스위치2==0) { rc2_latch(); 스위치2=1; decrement_digipot(); } 지연(100); }

코드 버전 1.0.1 베타C/C++

미리보기 없음(다운로드만 가능).

코드 버전 1.0.2 베타C/C++

텍스트/상자 정렬에 대한 버그 수정
과부하 트립에 대한 버그 수정

다음 릴리스에서는 몇 가지 더 많은 버그가 수정됩니다.

미리보기 없음(다운로드만 가능).

코드 버전 1.0.3C/C++

전원 켜기 중 버그 수정 출력 릴레이 비활성화
전원 켜기 후 버그 수정 자동 설정 출력 전압 5.00v

미리보기 없음(다운로드만 해당)

회로도

화이트보드에 그린 그림! https://circuits.io/circuits/4762970-arduino-based-programmable-power-supply

VSB 닭장 문따개 수리/업그레이드 Arduino Shield NCS314 NIXIE 튜브 시계 IN-14