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Controlador de carga com PIC 18F452

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Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por Anderson M em Dom 22 Dez 2013 - 23:44

Segue mais um projeto para todos do fórum E.S  

Controlador de carga automático com PIC 18F452:

Este controlador de carga é automático e não há necessidade de fazer desligamento da fonte externa de 15V, ideal para gerenciar carga de baterias do tipo automotívas e estacionárias com tensão nominal 12V.

Para uso em projetos onde há necessidade de funcionamento ininterruptos como do projeto postado no link abaixo.

http://eletronicasilveira.forumeiros.com/t4995-inversor-12-dcv-120-acv-onda-senoidal-com-pic

Este é só um exemplo, claro que com seu espírito de criatividade este controlador de carga poderá ser adaptado em seus projetos que seja necessário uma fonte ininterrupta proveniente de uma bateria de 12V.  

Resumo básico do circuito:

Aquisição de dados externos:

Aquisição de dados externos são coletados pelos divisores de tensão formado pelos componentes R2, R3, R4, R5, R6 e R7.
Os diodos zeners D4, D5 e D6 formam os cães de guarda para garantir que o valor de tensão não utrapasse os 5.1V nos pinos do MCU PIC 18F452.

R2, R3 e D4 --> Divisor de tensão do pino 2 (RA0)

- (Vbatt +12V) Leitura de tensão da bateria 12V.

R3, R4 e D5 --> Divisor de tensão dos pinos 33 (RB0), 35 (RB2), 37 (RB4) e 38 (RB5)

- (Vcharger) Gerenciador do controlador de carga.

R6, R7 e D6 --> Divisor de tensão do pino 4 (RA2)

- (Vref +15V) Leitura de tensão da fonte externa de 15 Volts.

Detalhe: Os resistores dos divisores são de precisão como indicado no esquemático.

Circuito de acionamento do controlador de carga GSI-1515:

- É formado pelos componentes U4, R8, R9, D7 e RL1

Funcionamento do controlador de carga GSI-1515:

Processo de carga da bateria.

- Se o valor de tensão exibido no display for menor que 14.20V o pino 19 (RD0) será nível lógico (1) que logo excitará o led do optoaclopador 4N25 através do R8, logo em seguida haverá condução de corrente entre coletor e emissor do optoaclopador 4N25 e colocando nível lógico (1) à base do Q1 através do R9, e posteriormente fará o chavemento do Q1 fazendo atrancar o RL1 de 9V atrancar e conectar os contatos (COM - NO) da linha da fonte externa de 15V, e assim iniciando o processo de carga da bateria 12V.

Após o valor de tensão ter atigindo os 14.20V o pino 19 (RD0) será nível lógico (0) fazendo o circuito não atuar mais e desligando os contatos (COM - NO) e fazendo a fonte externa de 15V ser desconectada da bateria.

Detalhe complementar do relé RL1:

Neste projeto foi adotado um relé de 9 DCV alimentado pelo regulador U2 pensando na possibilidade da bateria estar com um nível de tensão conhecida como (tensão de corte) de 10.5V. Portanto há possibilidade do controlador de carga funcionar e fazer o carregamento mesmo com este nível de 10.5V na bateria.

Descrições dos LEDs:

D1 - Amarelo ---> Led piscando indica que o software está rodando perfeitamente no MCU.

D2 - Vermelho --> Led piscando indica o processo de carga da bateria.

D3 - Verde -----> Led piscando indica carga da bateria completada.  

Indicações de carga completa:

Se o valor de tensão no display for de 14.20V haverá três ações na indicação de carga completa.

Mensagens serão exibidas no display LCD.  

Led D3 (Verde) piscará.

Backlight o display LCD apagará automaticamente para poupar o consumo.

Descrições das chaves SW1 e SW2:

SW1 --> Chave do tipo (Interruptor) - (Liga - Desliga / Com trava)

- Função ligar o controlador de carga somente após feita as conexões na bateria 12V e fonte externa 15V.    

SW2 --> Chave do tipo (Push Button) - (Normalmente Aberto / Sem trava)

- Função ligar e desligar o (Backlight) manualmente.

- Para ligar basta pressionar e aguardar até o (Backlight) acender e liberar em seguida.

- Para desligar basta pressionar e aguardar até o (Backlight) apagar e liberar em seguida.

Nota:

Como está chave SW2 é do tipo (N/A) é necessário liberar e pressionar novamente para reverter o estado do (Backlight) ligado e desligado.  

Descrições dos conectores da placa de controle:

+15V -----> Conexão da fonte externa de 15 DCV
Pino 1 ---> +15V
Pino 2 ---> GND

BATTERY --> Conexão da bateria 12V
Pino 1 ---> +12V
Pino 2 ---> Negativo

LOAD -----> Conexão da carga que deseja alimentar
Pino 1 ---> +12V
Pino 2 ---> GND

LED:

Pino 1 -> Led D1 - MCU
Pino 2 -> Led D2 - Processo de carga da bateria
Pino 3 -> Led D3 - Carga completada

LCD:

Pino 1 ---> RS
Pino 2 ---> ENABLE
Pino 3 ---> D4
Pino 4 ---> D5
Pino 5 ---> D6
Pino 6 ---> D7
Pino 7 ---> BACKLIGHT

+5V

Pino 1 --> +5V
Pino 2 --> GND

Possíveis modificações:

Caso o montador desejar que o controlador de carga GSI-1515 faça carga completa e desligamento automático com tensão de 13.80V, basta modificar os valores dos resistores originais do divisor de tensão (Vref - Charger).

R4 - (4K22 tolerância de 2%) (Original) - Substituir pelo valor (4K42 tolerância de 1%)  

R5 - (866R tolerância de 1%) (Original) - Substituir pelo valor (931R tolerância de 1%)

Informações básicas durante o processo de carga da bateria tensão 12V nominal:

- A tensão de flutuação está entre 13,20V e 13,38V.
- A tensão de equalização está entre 14,20V e 14,22V.


Célula:

– É um dispositivo eletroquímico capaz de suprir a energia de uma reação química interna.
Para baterias de 12V6 células, para 24 V12 células, ou seja, em cada célula esta tensão teórica nominal seria de 2V.

Na prática cada célula altera o valor de tensão com valores entre 1.75V e 2.37V de acordo com situação descrita na tabela abaixo.

Níveis de tensões da bateria:

Estados                        Tensão de cada célula*     Total medido no terminal*

Descarregado ----------- Tensão -  1.75V (corte) ---- 10.5V
Flutuação --------------- Entre   -  2.15 e 2.20V  ---- 12.9V  e 13.20V
Equalização ------------- Entre   -  2.36 e 2.37V  ---- 14.16V e 14.22V
Sobre tensão ----------- Acima de 2.37V ------------ 14.22V

Fonte de tensão constante:

- Recarregar com uma fonte de tensão constante regulada de 15V conectada ao controlador de carga.

- A corrente fornecida pela fonte é outro fator que não deverá ser pequena.

Cálculo de corrente da fonte do controlador de carga:

- Uma corrente muito pequena significa uma demora no processo de carga completa da bateria, ou nunca seja carregada.

Cálculo de dimensionamento da corrente necessária dependente da capacidade Ah:  

EX:

0.72A = 7.2Ah / 10

6A = 60Ah / 10

- Para uma bateria de 7.2 Ah o valor de corrente ideal seria 0.72A

- Para uma bateria de 60 Ah o valor de corrente ideal seria  6A

NOTA:

- Nunca deixe que o valor de tensão utrapasse os (14.22V) em seus terminais.
- Caso isso acontecer haverá possíveis liberação de gases e outros efeitos colaterais condenando à bateria.

Portanto: O controlador de carga GSI-1515 não permitirá que isso ocorra, pois fará o desligamento automático quando atingir o limite determinado de 14.20V e ativando novamente caso haja tensão inferior de 14.20V.

Análise durante o processo de carga:

Haverá possibilidade de uma análise durante o processo de carga para uma avaliação do estado da bateria.

- A análise da bateria quanto à vida útil se dará pela leitura do voltímetro do controlador e período conectado à bateria.

Nos testes foi utilizado 5 baterias de 12V - 7.2A disponíveis na oficina, 3 delas são novas em ótimo estado, já duas delas decretada o final da vida útil.  

O tempo depende da capacidade Ah da bateria, fabricante, temperatura ambiemte e corrente forneciada pela fonte externa.

- No processo de carga das três baterias em ótimo estado com uma fonte externa de 15V - 0.72A o valor de 13.50V no voltímetro foi utrapassado em (4 horas).

- Carga completa em (12 horas).

- Caso não seja registrado valor de 13.50V no período de no máximo (4 horas) significa que à bateria chegou em seu estado crítico de não conseguir reter mais carga.

NOTA:

O valor de tensão da bateria medida no voltímetro do controlador de carga é diferente em circuito fechado e circuito aberto; ou seja, o valor medido pode chegar aos 14.20V no processo de carga completa. Já o valor de 12.90V seria em circuito aberto sem conexão da fonte externa de 15V.


CHARGE CONTROLLER BOARD LAYOUT:

TOP LAYOUT



BOTTOM LAYOUT



CHARGE CONTROLLER LCD LAYOUT:

TOP LAYOUT



BOTTOM LAYOUT



===========================================================

Autonomia estimaada de uma bateria:


Segue uma maneira de cálculo da autonomia apenas sabendo duas das grandezas da Lei de Ohm.

Tensão da carga alimentada (12V).  

Potência da carga conectada à bateria (50W).


Onde:

Tensão da bateria é 12V.
Corrente Ah da bateria é 7.2 Ah.
Potência da carga conectada à bateria é 50W.
Rendimento da carga conectada à bateria seja 85%

Fórmula na imagem abaixo:



Segue todo Material disponível com o arquivo de simulação, firmware para gravar no PIC 18F452, esquemáticos das placas,
layout das placa de controle e placa do módulo LCD e lista de componentes no link abaixo:

http://www.4shared.com/rar/XLKwVnUC/CHARGE_CONTROLLER.html

Faca e queijo disponibilizados, agora a goiabada fica por conta de vocês Razz ...

Desculpe pelo tamanho do tópico, pois ficou parecendo um tutorial Very Happy 

Boas festas a todos...

Sds: Anderson M
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por bucanian em Seg 23 Dez 2013 - 11:03

Olá Anderson, parabéns pela postagem!!!! Você tem como disponibilizar o programa fonte? Grato!!!!
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por Anderson M em Dom 16 Fev 2014 - 12:23

bucanian escreveu:Olá Anderson, parabéns pela postagem!!!! Você tem como disponibilizar o programa fonte? Grato!!!!

Obrigado Bucanian, mas infelizmente não posso fornecer o código fonte do projeto, somente o projeto com os layouts e arquivo hex para ser gravado no MCU 18F452. Projeto com credito ao autor e fórum E.S na inicialização do módulo LCD não sendo permitido comercialização, somente para uso doméstico.

Agradeço a compreensão de todos...

Sds Anderson M
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por bucanian em Dom 16 Fev 2014 - 16:29

Anderson M escreveu:

Obrigado Bucanian, mas infelizmente não posso fornecer o código fonte do projeto, somente o projeto com os layouts e arquivo hex para ser gravado no MCU 18F452. Projeto com credito ao autor e fórum E.S na inicialização do módulo LCD não sendo permitido comercialização, somente para uso doméstico.

Agradeço a compreensão de todos...

Sds Anderson M

Ok! Entendo, mais ai vai concordar comigo então que a finalidade do projeto exposto é comercial e não educacional. Grato!
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por Anderson M em Seg 17 Fev 2014 - 9:09

bucanian escreveu:

Ok! Entendo, mais ai vai concordar comigo então que a finalidade do projeto exposto é comercial e não educacional. Grato!

Bom meu caro Bucanian, o projeto foi exposto no fórum para os usuários na condição para montagem e uso próprio, e não para comercialização, salvo o autor do projeto. Pretendo lançar futuramente uma versão para o MCU PIC 16F877A e um arquivo Hex para o mesmo, e assim compartilhar. O pequeno problema será necessário fazer modificações no Layout da placa de controle por causa de alguns PORTs que não são compatíveis com o layout produzido para o PIC 18F452.

Pretendo em breve fazer esta modificação, e assim postar para os usuários do fórum em uma outra postagem uma versão para MCU PIC 16F877A que é bem popular.

A parte didática estaria no esquemático e no texto fornecido contando o princípio de funcionamento para uma possível manutenção Positivo .
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por Anderson M em Sex 15 Ago 2014 - 15:37

Um usuário participante do fórum enviou uma MP querendo saber para que serve o tal conector ( LOAD ) do controlador de carga.

Vou responder para você e também caso alguém tiver dúvida....

Pois bem, este conector foi inserido no projeto para ser adicionado uma carga de teste após o processo da carga da bateria terminar.

Se for depender apenas da leitura do voltímetro no LCD medindo tensão nos terminais é uma furada. Temos que testar com uma carga conectada para uma análise precisa do estado da bateria.

Tensão nos terminais de 13.8V no caso da bateria de nobreak sem consumo é normal, quando ligamos uma carga esta tensão há tedência de diminuir o seu valor rapidamente, caso já esteja condenada.

Se for feito o teste da bateria com uma carga conectada, o valor de tensão deverá ficar fixa por um longo período.

Caso o valor de tensão diminuir bruscamente esta bateria não segura mais carga.    

Esquema com dois tipos de cargas:




Carga é composta por associação de resistores calculados para puxar uma corrente de 1.03A teórico.

- Esta carga resistíva é capaz de fazer uma dissipação de 20 Watts.

Na prática o valor de corrente pode oscilar um pouco devido à tolerância dos resistores, mas garanto que puxará uma corrente de ( 1A ) para o teste.

Carga composta por uma lâmpada automotíva usada em seta em veículos mais antigos, conhecida como lâmpada de 1 polo com seu respectívo soquete, com tensão
de trabalho 12V -- 21 Watts.

Na prática o valor de corrente pode oscilar um pouco devido à tolerância do filamento da lâmpada, mas garanto que puxará uma corrente de ( 1A ) para o teste.


NOTE: Caso você escolher opção da carga de teste com ( resistores associados ), use resistores com dissipação de 5W, pelo amor dos meus filhinhos.

- Não use os de ( 1/8, 1/4 e 1/2 ), senão será indício de surgir uma nuvem de fumaça....

Boa sorte...
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por mizzu em Sab 27 Dez 2014 - 18:17

Parabéns pelo Projeto Anderson! Muito bem explicado em tudo!
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por Anderson M em Ter 10 Fev 2015 - 21:12

mizzu escreveu:Parabéns pelo Projeto Anderson! Muito bem explicado em tudo!

Obrigado mizzu...

Este ano pretendo fazer uma nova versão, ou seja, uma versão 2015. Haverá um novo algoritmo, assim melhorado o firmware. Será aplicado novos recursos, sem contar que vou utilizar o PIC 18F252. Ele é um microcontrolador de 28 pinos que serão bem aproveitados. E completando haverá menos componentes na aquisição de dados, tornando esta nova versão com tamanho bem reduzido.
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

Mensagem por systemjol em Qua 24 Jun 2015 - 19:56

Anderson,já concluiu o projeto com o PIC16F877?
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Re: Controlador de carga com PIC 18F452

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