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1

Donnerstag, 25. März 2004, 09:05

Lade-Expander mit Microcontrollersteuerung (Bildbericht)

Hallo, Freunde.

gestern abend hab ich meinen Lade-Expander auf AVR-Basis fertiggelötet ==[]
Und siehe da, er funktioniert (nicht so ganz selbstverständlich, ist meine erste AVR-Eigententwicklung). Das ganze basiert auf dem kostengünstigen Attiny26-Microcontroller



Da in der Gruschtelkischte nur noch 5 Relais rumgefahren sind, habe ich zunächst nur 5 Kanäle aufbauen können, theoretisch wären 12 möglich.



Da die Schaltung hardwaremässig sehr simpel ist, hab ich sie auf Lochrasterplatine aufgebaut - nicht schön, aber selten... über meine "Lötkünste" :dumm: sprechen wir besser nicht.




Ich hab die Schaltung mit 3 Tastern versehen:
-Reset- bzw. starttaster
-Up/Down tasten zum wechseln des Kanals

Die Schaltung sequenziert einfach die vorhandenen Kanäle durch, wobei nicht besetze Kanäle (ohne angeschlossenen Akku) übersprungen werden. Das ganze ist für das UltraDuo Plus 2 erprobt.
Als Stromsensor kommt (noch) ein einfacher Reedkontakt mit einigen Windungen CU-Draht zum Einsatz, ein Hallschalter-basierter Sensor (mit geringerem Durchgangswiderstand) ist in VOrbereitung. Die SChaltschwelle des Sensors liegt bei ca. 120mA, so dass auch noch kleinere Akkus geladen werden können. Durch einen geeigneten Delay wartet der Ladeexpander die Messpausen des Ladegerätes ab.. Erst wenn ca. 25 Sekunden kein Strom mehr fliesst wird ab- bzw. weitergeschaltet. Das ganze klappt für Laden, Entladen und die verschiedenen LE-Programme.

Der Schaltplan ist denkbar einfach: Relaisstufen mit Transistortreiber werden direkt an die Ports des µC angeschlossen, die Taster und der Reedkontakt genauso.



Falls jemand sowas nachbauen möchte und das Programm braucht, einfach Nachricht an mich.

have fun..

Andi

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »___...._____.« (25. März 2004, 09:06)


2

Donnerstag, 25. März 2004, 17:56

Hallo Andi,
prima!
Kann man Delay auch länger machen?

Grüße
Milan

Waldo_Pepper

RCLine Neu User

Wohnort: D-6000 Rhein-Main

Beruf: Telekommunikation

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3

Donnerstag, 25. März 2004, 20:03

Hey Andi,

SUUUPEr Idee.

Ich glaube das Ladegerät ist bei vielen im Einsatz!
Ich bin auch am Programm für den Controller interessiert !

Wenn Du mir den Schaltplan schickst (ich nehme an das ist Target), kann ich eine Platine ätzen !

Gruß
Waldo
Gruß
Waldo

4

Donnerstag, 25. März 2004, 20:50

Danke Anke - neee - Danki Andi :D ==[]
Gaaaanz klasse ! Danke, Danke, Danke !!!

(Mal Jemand, der kein Profit d´raus schlagen will, wie hier schon gelaufen :no: :no: :no: ) !

Nette Grüße
Torsten
Torsten
Meine [SIZE=4]BASTELSEITE[/SIZE]

5

Freitag, 26. März 2004, 07:46

Hi..

Moin, Jungs.

@ Waldo: Die Idee ist ja nicht wirklich neu... vor vielen Jahren gab´s sowas irgendwo sogar mal direkt zu kaufen, ich glaub sogar von Schulze, bin aber nicht sicher. Auch hier im Forum und im "nebenan-Forum" lief dazu schon mal einiges, allerdings mit "konventionellerer" Ansteuerung.
Schaltplan ist Eagle (die Demoversion), allerdings habe ich nur kurz n Schaltplan für Nachbauer pinseln wollen, hab deshalb keinen grossen Wert auf die richtige Verteilung der Packages gewählt.


@ Milan: Der Delay ist im Moment fest einprogrammiert, liesse sich aber auch variabel gestalten. Werd bei Gelegenheit die "SAFT"ware diesbezüglich überarbeiten... z.B. wenn beim Einschalten RESET gedrückt wird, lange Delays, ansonsten kurz. Was für Delay-Zeiten wären denn für andere Ladegeräte gefordert (oder ganz allgemein... im Moment wie gesagt auf UDP2 abgestimmt)?

@Torsten: Vielen Dank für die :rose: :rose:
Wenn ich wüsste, wie ich damit reich werden kann, würd ich´s tun ;) :D aber ich hab absolut keine Zeit für nen Nebenjob... bis sowas professionell anbietbar ist, muss man nochmal die 10-fache Arbeit reinstecken. Es wundert mich, das so ein vergleichsweise einfach zu machendes Gerät nicht schon von dein meisten Ladegeräte-Anbietern angeboten wird... oder dass die Super-Nobel-Ladegerätehersteller nicht wenigstens ne 4-fach-Version fest in die Ladegeräte integrieren.

Hab gestern mal in Abwesenheit den ganzen Tag Akkus geladen und entladen-scheint tatsächlich dauerbetriebstauglich zu sein. Da ich allerdings ziemlich stromfressende KFZ-Relais verwende, werden meine Treibertransistoren warm. Normale Printrelais dürften die aber ziemlich kalt lassen.

Das ganze ist im Moment mal als bescheidener Anfang zu sehen..
Ein Problem ist, dass man am Ende nicht wirklich weiss, was reingeladen wurde.. deshalb möchte ich den Stromsensor durch einen quantitativen Sensor ersetzen, der die Ströme "mitzählt" und integriert. Im Moment wurschtle ich mit nem linearen Hall-Sensor rum. Da ich bei der 8-Kanal-Version ja noch 4 Portpins frei habe, könnte man dann mit recht einfachen Mitteln die geladenen Kapazitäten auf nem LCD-Display anzeigen... n Display 4x27 zeichen hab ich kürzlich für satte 5 Euro erworben, und ich hab´s auch am AVR zum Laufen gekriegt.
Aber mal nicht übertreiben...

mfg
andi

p.s. da ja offensichtlich Interesse an dem Code besteht (hab schon mehrere Anfragen per Email) stelle ich hier mal das Hexfile zum Download rein. Die Source mach ich bei Gelegenheit auch verfügbar, seid aber gnädig und gebt mir Zeit, den absolut bescheidenen AVR-Erstlingscode etwas in Form zu bringen. Ach ja, Fusebits für internen Oszillator 4MHz, 64ms Startup setzen. Copyrights sind klar... keine kommerzielle Nutzung ohne mein Einverständnis.

Dieser Beitrag wurde bereits 4 mal editiert, zuletzt von »___...._____.« (26. März 2004, 07:59)


6

Freitag, 26. März 2004, 12:22

Hallo Andi,
bitte hier nachschauen!
http://www.rclineforum.de/forum/thread.p…ghtuser=&page=6

Grüße
Milan

7

Freitag, 26. März 2004, 13:14

Hi..

Den Thread hatte ich nicht wirklich gelesen - vielleicht sollte ich öfters mal die Suchmaschine bemühen. bevor ich draufloswurschtle.

Wenn ich das richtig gelesen habe wären für das Intelli wenigstens 70 Sekunden nötig. Mit einiger Toleranz (ich verwende den internen RC-Oszillator des µC) also vielleicht so um die 90s?

Man könnte dahingehend natürlich noch diverse Einstellmöglichkeiten via Mäuseklavier oder Poti machen. Na ja mal sehen.

mfg
andi

Flurnügler

RCLine User

Wohnort: Früher Dortmund, dann Regensburg, jetzt Schwabach bei Nürnberg !

Beruf: Elektronik-Ing

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8

Samstag, 27. März 2004, 00:22

Hallo Andi !

Schöne Sache! Vielleicht könnte man die Relais noch durch MosFets ersetzen. Ev. mit optischer Entkopplung. Das macht das Gerät kleiner.
Einen Kapazitätszähler hatte ich mal vor Jahren mit einem 8048-Microcontroller gebaut. Mit Shunt und analoger Schaltung, die den Strom per OP integriert und für jede Ladungseinheit einen Impuls erzeugt. Der µC zählt nur die Impulse und rechnet sie in mAh um. Die werden auf einem Text-LC-Display angezeigt. Die analoge Schaltung muß zwar abgeglichen werden, liefert aber ein ordentliches Ergebnis, auch bei langen Lade- bzw. Entladevorgängen.
Ich hatte mal vor Jahren ein militärisches Ladegerät mit Z80 entwickelt, das alle Arten von Akkus mit Nennspannung 2V bis 30V und Ströme bis 50A laden und 40A entladen kann. Damals noch mit vollgesteuerter Drehstromthyristorbrücke. Da wurde der Strom mit 12-Bit-AD-Wandler über einen Shunt gemessen und per Z80 aufintegriert. Die Prüfer bei der WTD haben gestaunt über die Genauigkeit.
Was den Bausatz angeht: Die Entwicklung von Prototyp zum serienreifen Gerät ist doch ein sehr erheblicher Aufwand. Und dann Bausätze in Eigenvertrieb zu vermarkten dürfte eine brotlose Kunst sein. Es sei denn, es liegen schon einen Haufen Bestellungen vor.
Wo keine Strömung ist, kann auch nix abreißen

Jetzt wieder Online !

Mein Verein in Regensburg: VMR
Mein Verein im Raum Nürnberg: Noch auf der Suche

9

Samstag, 27. März 2004, 12:59

Hi...
wie gesagt, kommerzielle Interessen hab ich nicht, ich wollt einfach nur nen Ladeexpander für den Privatgebrauch, und den hab ich mir gebaut.
Auf Milan´s Anregung hin werd ich noch die Möglichkeit vorsehen, verschiedene Timings vorzuschreiben, aber an der Hardware ändere ich nicht mehr viel. MosFets hatte ich auch erwogen, aber da Ladegerät und LE am selben Potential hängen und ich mir nicht über die Ausgangspotentiale der Ladegeräte im Klaren bin, lass ich das lieber. Optische Entkopplung wird wieder nur aufwendiger... die guten alten Klapperrelais liegen in der bastelkiste bereit... wer das per MosFet machen will, nur zu, klappt bestimmt auch.. aber ich will hier keinen Vorschlag für ne Bausatzausführung machen... ich stelle einfach das zur Verfügung, was ich eh mach. Wenn jemand das nachbauen will, werden wir ihn schon unterstützen, aber für eine "Idiotensichere" Bausatzlösung fehlt mir Zeit (und Motivation).
Ich hoffe das wirkt nicht zu egoistisch.


mfg
andi

10

Montag, 29. März 2004, 12:57

Ich habe mich auch mit dem Thema beschäftigt - das Ziel war eine einfache, kleine und billige Schaltung zu machen die keine Reed-Spule benötigt.
Mein Vorschlag hat einen OP-Amp für die Ladestromerkennung und eine Matrix von Relais am Ausgang (dadurch braucht man nur 3 Relais (2xUM) für 7/8 Ladeausgänge). Die Stromerkennung habe ich getestet, funktioniert sehr fein - je nach Widerständen runter bis ca. 30mA, zwei LEDs zeigen auch an, ob geladen oder entladen wird. Nachteil ist, daß die Schaltung eine unabhängige Stromversorgung benötigt.

Hier die Schaltung - nur zur Diskussion:

11

Montag, 29. März 2004, 13:40

Hi!

Prinzipiell mal net schlecht :ok:
Folgende Kritikpunkte hätte ich da, konstruktiv gemeint :)

- mitführen einer eigenen Spannungsversorgung ist irgendwie unbefriedigend.. vielleicht könnte man ja statt der normalen OPS Isolationsverstärker nehmen?

- Wenn ich das recht sehe schaltest du DIREKT und ohne Zeitverzögerung mit den Relais zwischen verschiedenen Ladeausgängen um (was dir natürlich Relais einspart). Das wird bei einigen Ladegeräten (z.B. bei meinem älteren Ultra Duo Plus 2) nicht funktionieren, da dieses eine gewisse Pause benötigt, um zu erkennen, dass der Akku abgezogen und ein anderer angesteckt wurde.
Mit einem zusätzlichen Relais könntest du, wenn der PIC noch nen Kanal frei hat, das Ladegerät für einige Sekunden komplett trennen, in der Trennpause umschalten und dann das Ladegerät wieder zuschalten... wären dann immer noch halb so viele Relais wie bei mir mit 8 Kanälen.

mfg
andi

12

Montag, 29. März 2004, 14:01

Was sind Isolationsverstärker?

Zur getrennten Versorgungsspannung: Ich weiß nicht, wie die meisten Ladegeräte das handhaben - ist bei denen immer Ladeausgang-Minus = Masse der Versorgungsspannung?

Statt der Ladestrom-Überwachung könnte man evtl. auch die Ladespannung überwachen (uC mit A/D eingang, z.B. 12f675) - wenn sie nicht steigt/sinkt betrachtet man den Lade/Entladevorgang als abgeschlossen - spart eine Menge Bauteile, aber bei Konstantstrom/Konstantspannungsladung (LiPoly) ist am Schluss keine Änderung der Spannung zu beobachten.

Man sollte den Kanal 0 nicht herausführen (dann hat man nur 7 Ladeausgänge), dadurch kann man zwischen den einzelnen Kanälen immer eine Zeit lang auf Kanal 0 schalten lassen damit das Ladegerät den Akkuwechsel erkennt.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »andix« (29. März 2004, 14:03)


13

Montag, 29. März 2004, 14:16

Ah, alles klar :ok: gute Idee.

Wenn mir Milan das richtig verklickert hat ist z.B. beim Ultra Duo KEIN Pol des Ausgangs direkt mit einem Pol der Versorgungsspannung identisch.

Wenns dir nur ums Laden geht und nicht ums Entladen könntest du ja deine Strommessung in der Zuleitung zum Ladegerät machen... dann wäre die Potentialtrennung kein Problem. man müsste sich nur über die Leerlaufstromaufnahme im Klaren sein.

Bei meinem Entwurf wollte ich einfach eine mehr- oder weniger Ladegerätunabhängige Lösung schaffen, was ich, sobald die Timerfunktionen einstellbar sind, auch haben werde. Wenn man aber schon weiss, wofür es eingesetzt werden soll, ist deine Methode sicher preisgünstiger und kompakter.

Keine Ahnung, was der PIC kostet... den AVR bekomme ich für 2 Euro, die Gesamtkosten an Bauteilen für ne 8-Kanal-Version betragen sich bei mir auf geschätzte 15 Euro ohne Platine...

Für alle potentiellen Nachbauer der einen oder der anderen Lösung:
Bei www.pollin.de gibt´s grad einige recht günstige Zukaufteile...
Relais für 75 Cent,
10erpack Treibertransistoren für 45 cent,
4mm-Lötbuchsen für ca. 40 cent im 10er-Pack,
Reedkontakte für 10 cent,
Widerstandssortimente...

mfg
andi

p.s. isolation amplifiers haben ne galvanische Trennung zwischen den Eingängen und den Ausgängen, gibt´s fertig zu kaufen, z.B. von analog devices... nicht ganz billig, leider.

Dieser Beitrag wurde bereits 1 mal editiert, zuletzt von »___...._____.« (29. März 2004, 14:19)


14

Montag, 29. März 2004, 14:50

Gut, wenn die galvanische Trennung wichtig ist, dann sollte man einen Reedkontakt zur Stromerkennung nehmen. Die Relais-Matrix am Ausgang ist dann auch sinnvoll.

Ich glaube mit Spannungserkennung könnte man doch auch arbeiten - beim Laden ist eine ansteigende Spannungskurve die irgendwann evtl. konstant bleibt und danach abfällt, beim Entladen ist eine absinkende Kurve die irgendwann wieder ansteigt (wenn der Akku sich erholt hat) - das müsste sich ganz gut auswerten lassen - Vorraussetzung für eine gemeinsame Stromversorgung ist hier auch, daß die Stromversorgung der Ladegeräte und der Ladeausgang - entweder völlig getrennt oder gemeinsame Masse sind - könnt ihr mal Eure Ladegeräte messen?

Der PIC 12c508/12c509 ist der kleinste und billigste (8 Pin, interner Oszillator, kein Flash) und kostet unter €2, du schreibst einfach die AT-Version, ich die Pic-Version :-)

15

Montag, 29. März 2004, 15:14

Hi..

Klar, die Vielfalt macht´s! Da ich ja eh kein kommerzielles Interesse daran habe, sehe ich das eh nicht als Konkurrenz, sondern als Ergänzung.

Die Spannungs-geschichte ist mir jedoch ein wenig zu riskant... zu viele Akkutypen, zu geringe Kentniss über Ladekurven usw. wenn ich das alles in den Griff bekäme, könnte ich gleich ein komplett eigenes Ladegerät machen.. (die Endstufe dazu wär noch das einfachste) und DAFÜR hab ich bestimmt keinen Nerv.

mfg
andi

16

Montag, 29. März 2004, 18:31

Hallo Andi,
betr.
...KEIN Pol des Ausgangs direkt mit einem Pol der Versorgungsspannung identisch...
Du hast Mail!

Grüße
Milan

17

Mittwoch, 31. März 2004, 08:35

Hi..

so, da ich am Wochenende wohl keine Zeit habe (Minnedienst :D ) , hab ich gestern abend mal noch kurz die Version mit verschiedenen Delaytimern zusammengeklatscht.
Hier gibt´s das
Hexfile

Aber bitte vorsicht, das ist nicht wirklich ausführlich getestet, lediglich auf dem Testboard ausprobiert.
Zu toasten wie immer mit 4MHz internem RC-oszillator und 64ms startup time, SPI enabled.

Folgendes hat sich geändert:

Nach dem Einschalten bzw. anklemmen muss zunächst eine der Tasten gedrückt werden, um die Delayzeiten zur "aus"-ERkennung zu wählen:

reset: normale Delayzeit, ca. 30 Sekunden, für UltraDuo, ISL usw.
UP-taste: lange Delayzeit, ca. 90 Sekunden, für Intellicontrol usw.
DOWN-Taste: sehr kurze Delayzeit, ca. 3.5 Sekunden, für Reflexlader

Nach dem Drücken erfolgt eine optische und akustische Bestätigung (das Relais des Ladeausgangs 0 wird per PWM als Summer missbraucht.. klappt ganz hervorragend)
Bei normaler Delayzeit einfachpieps, bei langer Zeit Doppelpieps, bei kurzer Zeit dreifachpieps, die LED leuchtet dabei mit auf.

Ansonsten habe ich die Zeit zwischen dem Ausschalten des fertig geladenen Akkus und dem einschalten des nächsten auf etwas über 3 Sekunden erhöht.

Die Funktionen mit Up (kanal erhöhen), Down (kanal erniefdrigen)-Taster und RESET (Ladesequenz von Kanal 0 an neu starten) während des Betriebes bleiben unverändert erhalten.

Änderung der Delayzeiten kann nur nach erneutem Anklemmen der Schaltung vorgenommen werden.

Das o.g. Hexfile ist jetzt für insgesamt 11 Ausgänge programmiert. Port A für Kanäle 0-7, sowie die Bits 4,5 und 6 des Port B für Ausgänge 8-10.
Bit 7 von Port B wird für die ISP-Programmierung gebraucht und bleibt deshalb ungenutzt.

VORSICHT das ganze ist in der Version nur kurz auf dem STK500-Starterkit-Testboard ausprobiert worden, also keine Garantie auf Funktion und Sicherheit (aber so ne Garantie kriegt ihr von mir sowieso nie..)

Die C-Source wie immer auf Anfrage.

mfg
andi


p.s. hab noch nen kleinen Bug gefunden - nen internen Pullup vergessen, was auf dem testboard dank externer Pullups nicht aufgefallen ist... das o.g. hexfile wurde aktualisiert.

Dieser Beitrag wurde bereits 2 mal editiert, zuletzt von »___...._____.« (1. April 2004, 08:00)


helibastler

RCLine User

Wohnort: Wörth am Rhein

Beruf: Elektromechaniker

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18

Donnerstag, 1. April 2004, 10:07

Hallo Andi

Ist ja echt genial was du da gebaut hast habe mir vor kurzen erst den "alten" Expander zusammengelötet bin aber mit dem Reedkontakt als Stromsensor
überhaupt nicht zufrieden die Streuung der Reedkontakte ist doch recht hoch
hab mir zwei verschiedene Versionen gewickelt um auch kleinere Akkus laden zu können wenn du eine andere Lösung mit Hallsensor hinbekommen würdest wär das natürlich Toll diese umsteckerei nervt nämlich.
Habe mich vor Jahren für meine Meisterprüfung mit einem 8085 Prozessor rumgeschlagen und hab von AVR null Plan was braucht man denn um so einen
PIC zu Programmieren für eine Hardware?

19

Donnerstag, 1. April 2004, 11:32

Hi..

Offensichtlich hab ich mit meinem reed-Sensor sehr viel Glück gehabt, der hat weniger ohm´schen Widerstand als der Rest der Schaltung (relais Buchsen usw..) und löst trotzdem schon bei 120mA zuverlässig aus.

Einen einfachen, billigen Ersatz für den Reedkontakt konnte ich bisher nicht hinkriegen. Zwar funktioniert meine Sensorvariante mit Hall-Sensor sehr gut, aber der von mir verwendete Sensor (Restbestand...) ist viel zu teuer und schwer zu beschaffen... mit Hall-Schalter aus PC-Lüftern ist´s wie mit Reedkontakten: die Streuung macht Probleme...

Ich hab mehrere Versuche gemacht mit den Hall-Schaltern... teilweise auch mit magnetischer "Vorbelastung" mittels Permanentmagneten... dann wirds aber beim Entladen zu unempfindlich.

Als "Arbeitsgrundlage" schlage ich mal das hier vor:


Einem Ringkern wird per Feil eine Aussparung für n Hallsensor / Schalter beigebracht, je nach Bedarf wird dann der Ringkern umwickelt... der abgebildete Sensor arbeitet mit nem Allegro3515 Linearsensor und hat nen Messbereich von -40 bis +40A... brauchbare Auflösung mittels einfacher 8-Bit-A/D vielleicht 500mA...

Mit 3-4 Windungen wäre man wohl auch für kleinere Akkus bedient.

Da mein Reedsensor ja prima funktioniert, werd ich´s aber vorerst dabei belassen... vielleicht stricke ich die Software des Expanders noch so um, dass er auch den linearen Hall-Sensor "versteht"... wäre ne gute Übungsaufgabe zwecks A/D...


Vorsicht, nicht PIC mit AVR verwechseln. Das sind unterschiedliche Prozessortypen.

Die Minimalausrüstung für AVRs ist hardwaremässig sehr einfach zu machen, es gibt viele Anleitungen dazu... schau mal bei www.avrfreaks.net nach.

Da ich auch gleich n Testboard mit allem drum und drann haben wollte, hab ich mir das STK500 gekauft, knapp 100 Euro.

soweit mal dazu...

mfg
andi

20

Samstag, 3. April 2004, 12:14

Andi, gute Idee mit dem Hall-Sensor. Ich beschäftige mich zzt. mit einem anderen Projekt - einen LiPoly-Balancer fürs Laden, weil mir 2 LiPoly Packs nach Monaten kaputt geworden sind.

Zur Frage mit dem AVR/Pic-Programmieren, ich benutze für Pic-Controller das MPLAB-IDE von www.microchip.com, die Programmiersoftware von http://www.ic-prog.com/ und einen Selbstbau-Programmer (http://www.finitesite.com/d3jsys/proghvp.html) am Parallelen Port (conquest-kompatibel, ich empfehle einen zusätzlichen 100nF Kondensator zwischen MCLR und Masse).
Die Programmiersoftware ic-prog ist m.e. sehr gut und geht auch für AVRs und alle möglichen Microkontroller.
Alle genannte Software ist Gratis, also brauchts kein teures Entwicklerkit.
Als Pic-Controller zum Einstieg würde ich den 12f675 benutzen.