Контроль заряда аккумулятора в цепи PIC

У меня есть небольшая схема, использующая микросхему микроконтроллера PIC18F14F50, которая записывает данные во внешнюю микросхему EEPROM через интерфейс i2c (который я затем могу прочитать позже через интерфейс USB). Один сэмпл записывается каждые 15 минут и не требует точной синхронизации.

Это нормально, если образцы пропущены или не вовремя во время замены батарей, но это не очень хорошо, если батареи истекли и никакие данные не записываются в течение нескольких дней, пока кто-то не заметит.

Поэтому я хотел бы предупредить пользователя, когда батарея разряжается, чтобы они могли заменить их. Средний ток составляет менее 2 мА, и я работаю от 3-х щелочных батарей типа АА, чтобы дать 4,5 вольта, поэтому я ожидаю, что они будут длиться довольно много дней.

Но мне интересно, как определить, что батарея разряжена? Я предполагаю, что напряжение упадет, когда батареи доживут до конца срока службы. Я имею в виду, что это ПИК имеет опорный 1.024v напряжение, так что я могу разделить вниз напряжение питания и подачи его на аналоговый вход и когда разделенное напряжение падает ниже этого триггера предупреждение.

Но я не знаю достаточно о батареях, чтобы знать, насколько хорошо это будет работать? И я не знаю, какое напряжение выбрать, чтобы указать, что, возможно, осталось 10-20% времени автономной работы. Будет ли это вообще работать? Есть ли лучший подход?

Это не должно быть абсолютно точным, я просто хочу дать хорошее предупреждение через много времени, не заставляя людей выбрасывать батареи, в которых еще есть жизнь.

Поскольку мое текущее использование является довольно постоянным, был бы разумен простой таймер, если бы я мог определить, как долго работают батареи в среднем, а затем выбрать 85% этого времени, прежде чем дать предупреждение? Или время работы от батареи больше?

Любые мысли приветствуются.

Сначала позвольте мне прокомментировать схему таймера. Это будет работать до тех пор, пока все ваши аккумуляторы будут относительно одного возраста и находятся в одинаковых условиях. Через 6 месяцев, когда вы все еще используете это, и ваши батареи все на 6 месяцев старше, вам нужно будет обновить таймер. Функциональное решение, но не лучшее.

Вы можете разделить напряжение на вашем входе с помощью сети резисторов, которая имеет достаточно высокое напряжение, чтобы не влиять на ваш срок службы (вы можете использовать сеть, которая загружается, вы просто заменяете свои батареи чаще). Есть одна загвоздка, вам нужно загрузить батарею, чтобы увидеть истинное значение оставшегося ресурса. Вы обнаружите, что чем больше заряжена батарея, тем больше кривая разряда выглядит как линия. Это никогда не будет линия, все еще будут четкие фазы, но вы можете надежно соотнести напряжение заряженных батарей с оставшимся ресурсом.

Если ваш PIC включен во время измерения, вы, вероятно, получите достойное измерение. Пусть рис проведет время, измеряя вашу батарею и просматривая полученную кривую напряжения, пока ваше устройство не умрет. Если кривая остается относительно плоской, а затем внезапно падает, и ваши батареи разряжаются, то вы захотите использовать транзистор и нагрузочный резистор для увеличения потребления тока во время измерений батареи. Существует большое количество информации о батарейках на батарейках университета. Часто микроконтроллеры не в состоянии вытянуть достаточный ток, чтобы получить кривую, которая имеет наклон полностью (я видел эту проблему с ультранизким энергопотреблением, например, MSP430). Вы, вероятно, будете в порядке только с вашим PIC работает.

Исследования химии батарей АА дали некоторые результаты. Похоже, они показывают довольно плоские кривые разряда с низкими токами (<500 мА). Это будет означать, что вам, скорее всего, понадобится цепь разряда резистора в сочетании с транзистором, чтобы измерения напряжения были более ценными.

Пожалуйста, прости меня, если это было недостаточно ясно. Если вы прокомментируете и вопросы или предложения, я буду обновлять его.

Да, напряжение батареи будет падать, но падение будет небольшим, скажем, в полвольт:

Если вы используете делитель напряжения, чтобы перевести его в диапазон АЦП, вы также делите диапазон. Я думаю, что это все еще можно измерить непосредственно с АЦП. 5 В / (2 ^ 10) = 0,005 В, с погрешностью смещения ± 3 LSb и коэффициентом усиления, поэтому все еще есть ряд уровней измерения между полным и пустым?

Чтобы точно измерить зарядку и разрядку аккумулятора, люди ведут журнал того, сколько тока потребляется с помощью чувствительного к току резистора, и решают, что аккумулятор разряжен после того, как определенное количество заряда прошло. Если ваша текущая ничья относительно постоянна, тогда да, вы можете просто использовать таймер, чтобы сделать то же самое. Запустите его несколько раз, измерьте количество времени, пока вы не сочтете, что батарея разряжена, а затем используйте таймер в будущем, чтобы угадать, когда она вот-вот умрет. Вы используете свежие батареи каждый раз?

Я думаю, что единственный надежный способ мониторинга такой системы - это своего рода сторожевое устройство: попросите какую-нибудь другую, отдельно питаемую систему время от времени проверять ее (или ждать сигнала) и, если она не отвечает, оповещать.

Вы также можете использовать эту отдельную систему для проверки батареи. Он не пострадает от разрядки основной батареи, что убьет любую систему мониторинга, работающую от основной батареи. Если вы можете устроить монитор батареи, который будет работать на маленькой батарее, например, на монетном элементе, и гарантировать, что он будет работать дольше основной батареи, это должно сработать.

Если вы не хотите или не можете иметь второй источник питания, другие комментарии, кажется, содержат очень хорошие предложения для самоконтроля.

Вы можете получить гораздо более точное опорное напряжение с ОУ (используйте один с разрешающей булавкой, так что его легко можно отключить), и просто настроить вашу схему в диапазон напряжений вы хотите измерить: 0В на 0.8V, и 3,3 В при 1,1 В. Если он насыщен, вы знаете, что у вас достаточно заряда, и вам, кажется, не нужен монитор, просто будильник.

Кроме того, убедитесь, что вы измеряете несколько раз (или используете токовый резистор), а не предполагаете, что падение напряжения вызвано умирающей батареей. Это не так - напряжение аккумулятора зависит как от разрядного тока, так и от оставшегося заряда. Пик тока может привести к значительному падению напряжения, но батарея восстановится после ее извлечения. См. Рисунок 9 щелочной таблицы Energizer.

Если возможно, измерьте напряжение щелочной батареи типа АА сразу после того, как она была загружена вашей обычной нагрузкой (устройством), и вы прекратили ток нагрузки, когда он падает ниже 0,9 В на батарею АА, ваши батареи разряжены. Я делаю это много продуктов, которые я разработал, и это прекрасно работает. Обычные щелочные батареи восстанавливаются после снятия нагрузки, но это требует времени в зависимости от тока нагрузки. Иногда это могут быть минуты или даже часы в зависимости от температуры и тока нагрузки. Измеряя его при стабильном использовании с небольшим током, вы должны будете брать более высокое напряжение в зависимости от вашего тока, но обычно 1,2 В в порядке для устройства, использующего только 5 мА.