獣医さんの電子工作とパソコン研究室
 
 24.秋月 PIC-ADC計測アダプタ利用 バッテリー放電データロガー
 

  
秋月のPIC計測アダプター&データロガーキットを利用して、
充電式電池(NiMH)の放電状況を継続的に測定するシステムを作りました。 

インターネットで見ても「秋月のPIC-ADCキットを作りました」というものはたくさんありますが、
それを、どう実用的に応用したのかまで掲載しているページはほんとうにわずかですね(*1参照)。
 


■ 概 要 ■
 
 以前より、秋葉原に行くたびに秋月でニッケル水素充電池を買い、最初のうちは印をつけて組で使っていましたが、結局、子供のおもちゃに使い始めたら、2本のものあり、3本のものありでごちゃごちゃになってしまいました。 このため、早く放電してしまうバッテリーが過放電状態になってしまい寿命を縮めてしまっている状態になってしまいました。 そこで、捨てるのももったいないし、どうにかそれぞれの電池の特性を知りたいと考えていました。
  

◆ 回 路 図 ◆
 
 それなら「放電しながらPICで電池の電圧を記録すればできるなぁ」とおもっていましたが、ずっと以前に秋月のPIC−ADC超小型計測アダプタキットを購入し、例のごとく作っていなかったものがあったのを思い出し、これを利用すれば簡単にできるだろうと計画を開始しました。
 最終的には、左のような回路で秋月PIC-ADC計測アダプタより継続的にPCにデータを取り込み、エクセルVBAを使用して表示とデータの保存ができるようにしました。

■ 設 計 ■

 設計というほどのものではないのですが・・・。
まず、放電部を考えました。インターネットで検索すると、放電器を製作されている方がたくさんおり、いろいろ参考にさせていただきましたし。(*2参照

 最初は、FETを使い定電流放電をする回路を考えましたが、過放電にならないよう放電の停止をどうコントロールするかが問題になります。放電停止電圧は0.9V〜1.0V程度が一般的で、、放電停止の方法としてはOPアンプでアナログ的にするか、PC、またはPICなどで制御するか、SCRを使う方法もあります。
 PIC計測アダプターキットではRB4〜7までのポートへの入力は検出できるのですが、ポートにデータを送るコマンドはなさそうです。(あるのかもしれないが、説明にはない、ご存知の方がいらっしゃいましたら教えてください)。

 そしてまた、安易な道に進んでしまいましたが、リレーを使った放電器を製作されていた方がいらっしゃって、放電停止の部分はこの方法を利用し、負荷には1.5Vの豆電球を使用することにしました。 
 原理は簡単で、リレーの最低接点保持電圧を利用して放電の停止をさせるというものです。精度の面ではまったく信頼できませんが、実験の結果まずまずのところで放電が停止しました。


リレー接点保持電圧実験の様子
 
 今回使ったリレーは松下DS-1M 1.5Vの小型リレーです。このリレー、コイルに極性があります、接点を動かすために磁石を使っているのでしょう。 コイルの抵抗値は 5.7Ω 前後でした。
このまま動作させると、0.3Vくらいまで接点が離れません。 最初は手元にあった抵抗で調節して何とか1V付近で接点が離れるようにと思っていたのですが、ふと、ダイオードの電圧降下分が0.6Vだと思い出し、これを利用し約0.9V程度で接点が離れ、まずまずの成績が出ました。
 

 負荷には豆電球を使いました。1.5V 0.3Aと刻印がありましたが、NiMHバッテリーをつないで電流を測定すると250mA程度流れています。 放熱の心配もないし、インジケーターにもなりますので一石二鳥です。
 しかし、電球の場合発熱で抵抗値が変化します、また、リレーの接点保持電圧も正確にというわけには行かないようです。
 ですから、特性をそろえたり、正確なコントロールには不向きと思います。

 
 回路図をごらんいただければ、すぐに回路はご理解いただけると思います。プッシュスイッチでリレーを動作させ、その後は放電終了電圧までリレーがONになっていて豆電球を点灯させます。この電圧を秋月のPIC計測アダプターで測定するわけです。
 PIC計測アダプターの入力はそのままOPアンプをバッファ動作で使用し、無調整としております。このままだと分解能が19.5mV(±1LSB)程度です、外部リファレンスを使用し、OPアンプで増幅する手もあると思いますが、放電終了までの時間が知ることがメインですので、簡易な方法をとりました。
 PIC計測アダプターには外部ACアダプターから電源の供給を行なっています。そのほうが通信も、そしてリファレンス電圧も安定しているようです。PCによっては、外部電源をつけないと通信の確立ができないものもありました。

放電部分の回路 →

 回路の中でCH1とCH2の部分にあるジャンパーは、CH2側でそれぞれCH1とCH2それぞれが単独に放電状況を測定します。
ジャンパーをCH1側に接続すると、CH2には放電終了後のCH1の電池の復活具合が記録されるようにしてみました、要するにいつまでも電池の端子電圧を記録してゆくということです。(アバウトなこの回路ではあまり意味ないみたいです)

■ 製作 ■

 ケースはジャンクTAのプラスチックケースを流用しました。加工が楽です。 取り付けてから気がついたのですが、なんと、千石電商で購入した押しボタンスイッチが、押-OFFだったのです。
大きな穴が残ってしまいましたが、手元にあったタクトスイッチをしようすることにしました。
 電池ケースは接触抵抗の少ない秋月のメタルタイプが良いのでしょうが、手元にあったプラスチックのものを使用しました。ちょっと抜き差しが面倒です。
 

 


■ データ取込ソフト EXCEL VBA ■

 PIC計測アダプターをリアルモードで使用し、常時データを取り込みます。 これをエクセルVBAで1分ごとに電圧をシートに保存、リレーがONになった時間からOFFになった時間と電圧を表示させるようにしました。
 データの取込部分は、キットについていたプログラムを参考にさせていただきました。(ほとんどそのまま) 画面のデザイン的にはフォームを使うパターンのもので開発していたのですが、フォームは使わず、ワークシート上にボタンと表示を配しました。このブックを使用する場合MSCOMM32.OCXがWindowsのシステムフォルダになければRS232Cの通信ができません。
ソースはそのまま見られますのでご自由に弄ってください。

 特段、難しいことは行なっていません。PIC計測アダプターをリアルモードで常に受信していて、1分ごとにセルに電圧を書き込んでいます。 放電の開始と、4本のセルがばらばらに放電停止しますので、いつ受信を止めるのかという点に若干工夫しました。
 また、データをグラフ化し、ビジュアルに結果を見られるようにしました。

ダウンロード・・・Battcheck_25.LZH (85KB)


■ 使ってみて ■

 計画はずっと以前からしていましたが、なかなか実行できずいました。
 他の方々が製作されている放電器に比べると、精度はかなり落ちますし、計測にPCが必要ですが、簡単に製作できます。 これで、数あるNiMHバッテリーの特性を調べることができ、上手に組み合わせて使うことができ、寿命を延ばすことができます。秋月のキットも、これで生きてくるというものです。

 簡単な回路ですし、ブレットボード上に組んだだけでも良いかもしれません。 また、これの応用として、秋月で充電・放電・メモリーリフレッシュ機能が付いているユニバーサル・チャージャーを改造して。この機器のバッテリー端子にPIC計測アダプターをつないで、放電の状況を観察しても良いかもしれません。 特殊な1.5Vリレーも、放電終止検出もいらなくなります。
 
 今回の回路はPIC-ADCのオペアンプをバッファとして使用しましたので分解能が今ひとつでした。簡単な回路の追加で分解能をあげることができますし、エクセルにデータを取り込めば倍率の計算も楽です。
 
 PIC-ADCのリセットの関係なのかうまく動作しないことがあります。ログモードに入ってしまっているようで、いったん秋月のソフトでログ読み出しをしてやると動作します。PIC-ADCのリアルモードがうまく動かないときは秋月付属のソフトでログデータを読み出してみてください。


■ 参照項目 ■

*1
  

*2

PIC-ADC計測アダプタを利用したノートパソコンをオシロスコープもどきにする
   → 工作と物理のページ 

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