Индикатор напряжения аккумуляторной батареи ИБП

Автор предлагает в источнике бесперебойного питания Masterguard A1000 установить микроконтроллерный индикатор напряжения аккумуляторной батареи.

В источнике бесперебойного питания (ИБП) модели Masterguard A1000 после окончания гарантийного срока службы аккумуляторной батареи автоматически включается предупреждение о необходимости её замены - мигает пороговый индикатор напряжения на батарее и периодически раздаётся звуковой сигнал. В таком режиме штатный индикатор уровня напряжения батареи не выполняет свои функции. Такое явление наблюдается и после самостоятельной замены аккумуляторных батарей на новые. Конечно же это можно устранить, обратившись в сервисный центр, где проведут замену батарей и сбросят предупреждающие сигналы, или если в наличии имеется соответствующее программное обеспечение, то пользователь может проделать всё это самостоятельно. Но если по каким-либо причинам таких возможностей нет, можно воспользоваться описанным ниже способом.

Для решения поставленной задачи предлагается устройство, представляющее собой ступенчатый индикатор напряжения на аккумуляторной батарее и логический анализатор режима работы ИБП. Устройство позволяет восстановить функцию индикации напряжения на батарее и подачу звуковых сигналов с минимальным вмешательством в конструкцию ИБП. Индикатор напряжения собран на МК PIC12F675-I/P, в его составе имеется всё необходимое для организации такого индикатора - АЦП, выходы, позволяющие непосредственно управлять светодиодами, и возможность работы от внутреннего тактового генератора. Анализатор режима работы ИБП выполнен на логических элементах микросхемы К561ЛА7 и отвечает за подачу предупреждающих звуковых сигналов.

Схема устройства показана на рис. 1. Питание +5 В устройство получает непосредственно от платы управления ИБП. На микросхеме DD2 собран индикатор уровня напряжения на аккумуляторной батарее. На резисторах R1 и R3 выполнен делитель входного напряжения, снимаемого с аккумуляторной батареи, которая состоит из трёх последовательно соединённых батарей с номинальным напряжением 12 В и ёмкостью 7,2 А·ч. С помощью этого делителя напряжение на аккумуляторной батарее (36 В) приводится в соответствие с допустимыми значениями для МК. Вывод 5 микроконтроллера DD2 программно сконфигурирован как вход АЦП, а выводы 2, 3, 6 и 7 - как выходы. К последним подключены светодиоды порогового индикатора напряжения, которые вместе с гасящими резисторами установлены на плате управления ИБП и оформлены в виде столба из пяти индикаторов на передней панели управления.

Рис. 1. Схема устройства

Из-за отсутствия необходимого числа выводов у применённого МК один светодиод не используется, он светит постоянно - его катод подключён к минусовой линии устройства. Остальные светодиоды включаются в зависимости от напряжения на верхнем по схеме выводе резистора R1. Так, второй светодиод включается при достижении напряжения на батарее 33 В (минимальное значение), третий - 36 В, четвёртый - 37,8 В, пятый - 41,4 В. Последнее значение соответствует состоянию полной зарядки каждой батареи (3x13,8 = 41,4 В). Таким образом, светящийся столбик из пяти светодиодов индикатора напряжения позволяет считать, что аккумуляторная батарея ИБП находится в заряженном состоянии. Расчёт коэффициентов, заносимых в память МК, приведён в таблице. В ней принято, что напряжение одной полностью заряженной батареи - 13,8 В, полностью разряженной - 11 В, промежуточные значения выбраны произвольно. Коэффициенты рассчитаны из условия, что входному напряжению АЦП МК 5 В соответствует значение 1024.

Таблица

Как указывалось выше, на логических элементах микросхемы DD1 собран анализатор режима работы ИБП, он отвечает за подачу звуковых сигналов.

Входы элемента DD1.1 подключены к катоду светодиода "Авария" ИБП, который управляется подачей на катод низкого уровня. В нормальном состоянии светодиод "Авария" не светит, на его катоде и на входах DD1.1 присутствует высокий уровень. Если же в ИБП возникает аварийная ситуация, включается светодиод "Авария", на входах элемента DD1.1 появляется низкий уровень. Соответственно на его выходе возникает единичный сигнал, который поступает на вход GP3 DD2 и переводит все четыре светодиода, подключённые к выходам МК, в мигающий режим. Светодиоды измерителя напряжения с периодом в половину секунды включаются и гаснут. Этот же единичный сигнал проходит через открытый диод VD1 и ограничительный резистор R2 на базу транзистора VT1 и открывает его, что приведёт к срабатыванию реле К1. Его замкнувшиеся контакты подают питание на звуковой излучатель ИБП - раздаётся непрерывный звуковой сигнал. После ликвидации аварийной ситуации светодиод "Авария" выключится. Индикатор напряжения на МК DD2 вернётся в режим измерения напряжения на батарее ИБП, реле К1 разомкнёт цепь питания звукового излучателя. Если в нормальном состоянии ИБП эту цепь не размыкать, звуковой излучатель будет выдавать периодические сигналы.

Нижний по схеме вход элемента DD1.2 подключён к катоду светодиода "Обход" (Bypass), он тоже управляется подачей низкого уровня. В нормальном состоянии светодиод "Обход" также не светит, на его катоде и на выводе 6 элемента DD1.2 присутствует высокий уровень. На верхнем по схеме входе DD1.2 также присутствует единичный сигнал, следовательно, на его выходе установится низкий уровень. Если же включить режим "Обход", на выводе 6 элемента DD1.2 высокий уровень сменится низким, а на его выходе появится высокий уровень, который, как и в первом случае, приведёт к срабатыванию реле К1 и подключению звукового излучателя ИБП. Излучатель станет издавать звуковые сигналы, режим работы индикатора напряжения останется прежним - будут происходить измерение и индикация напряжения на батарее. После отключения режима "Обход" соответствующий светодиод погаснет, звуковые сигналы прекратятся.

Входы элемента DD1.3 подключены к катоду светодиода "Сеть" ИБП. В нормальном состоянии при наличии входного напряжения питающей сети светодиод включён, и на входах этого элемента присутствует низкий уровень. На выходе элемента DD1.4 также присутствует нулевой сигнал - реле К1 обесточено, индикатор напряжения аккумуляторной батареи работает. При пропадании напряжения в сети ИБП перейдёт на питание от батареи, светодиод "Сеть" погаснет На выходе элемента DD1.4 появится единичный сигнал, который включит реле К1 и через замкнутые контакты подаст питание на звуковой излучатель, - включится звуковой сигнал. Индикатор будет показывать уровень напряжения на батарее ИБП. После появления сетевого напряжения ИБП перейдёт на питание от электросети, включатся режим зарядки батарей и светодиод "Сеть". Реле К1 отключится. Индикатор напряжения будет показывать уровень напряжения на батарее в режиме зарядки.

Индикатор напряжения аккумуляторной батареи с цепями анализатора режима работы иБп смонтирован на макетной плате размерами 43x43 мм. В устройстве применено реле РЭС55А паспорт РС4.569.607. Микроконтроллер PIC12F675-I/P работает под управлением программы, записанной в его энергонезависимую память. Программа разработана и откомпилирована в среде "MikroBasic PRO for PIC V3.2", последнюю версию которой можно скачать с сайта www.mikroe.com и воспользоваться демо-лицензией, поскольку программный код не превышает 2 кбайт.

В качестве недостатка предлагаемого устройства следует отметить отсутствие звукового сигнала после включения режима тестирования состояния аккумуляторных батарей ИБП.

Перед проведением работ необходимо отключить от ИБП все внешние подходящие кабели, снять П-образную крышку и демонтировать батареи. Панель управления иБп закреплена на передней крышке, чтобы её снять, необходимо отвернуть четыре шурупа внутри корпуса. Макетную плату со смонтированным устройством соединяют проводниками с точками на панели управления ИБП, указанными на схеме. Обозначения на схеме соответствуют надписям на панели управления ИБП со стороны деталей. Все проводники, показанные слева на схеме, припаивают к указанным точкам. А вот проводники, показанные на схеме справа, имеют особенности в точках подключения. После подключения выходов МК к точкам панели управления ИБП необходимо перерезать печатные проводники, идущие от этих точек. Также можно соединить катод светодиода LD511 c выводом 10 микросхемы U502. Если же этого соединения не делать, светодиод LD511 (нижний в индикаторе напряжения батареи) будет постоянно мигать. После выполнения вышеописанных соединений панель управления закрепляют на своё место в переднюю крышку, а плату устройства закрепляют рядом, в свободной секции, с помощью термоклея. Внешний вид получившейся конструкции показан на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид конструкции

Затем контакты реле подключают последовательно со звуковым излучателем, расположенным на верхней продолговатой плате ИБП. Для этого аккуратно перерезают печатный проводник сверху платы между конденсатором С35 и звуковым излучателем BZ1, а провода от реле подпаивают снизу платы к плюсовому выводу конденсатора С35 и выводу звукового излучателя, ближнему к С35. Остаётся подключить проводник, идущий от делителя R1R3 устройства к плюсовому выводу аккумуляторной батареи ИБП. Сделать это можно в точке подключения плюсового вывода батареи к основной плате у предохранителя на 30 А. Для этого проводник от устройства очищают от изоляции на расстоянии 10 мм и зажимают в разъём плюсового кабеля от батареи (красный провод). Затем устанавливают на место переднюю крышку, устанавливают и соединяют батареи, закрывают П-образную крышку - ИБП готов к работе.

Программу и прошивку микроконтроллера можно скачать здесь.

Автор: М. Ткачук, г. Алматы, Казахстан