Krets for måling av batterispenning:

Av Robert, LA6GHA

Ettersom alt utstyr på Marsteinsvola, som går på 12V, er koblet til et batteri kan det være lurt å ha overvåking på batterispenningen. Disse målingene kan legges ut som telemetri på LD7VD. Bildet over viser en prototype på en billig og relativt nøyaktig måling av batterispenningen.

Modulen til høyre er en ADS1115 som er en 16-bits ADC (analog til digital converter) med 4 innganger. Det dynamiske området (måleområdet) er 0 til 6.144V. Dermed er det nødvendig med en spenningsdeler. Jeg valgte en zenerdiode på 10V og en motstand.

Vi måler altså spenningen over motstanden. Spenningen over zenerdioden er konstant(∗). Legg merke til at zenerdioden er koblet “feil” vei, men det er slik zenerdioder virker. I lederetningen oppfører de seg som en vanlig diode, men i sperreretningen vil de lede ved en gitt spenning.

*) Spenningen over en zenerdiode er langt fra konstant. Zenterdioder over 5V har en  positiv temperatur-koeffisient. Det betyr at zener-spenningen øker når temperaturen øker. Hvis vi antar at batterispenningen er konstant, og Kirchhoffs spenningslov gjelder, vil vi da se at målt batterispenning synker når temperaturen øker. Dette fenomenet har vi observert. Med den nye spenningsrefferansen (TL431) kan vi fastslå at batterispenningen ligger konstant på like under 13.3V

Modulen til venstre på det øverste bildet er en level-converter. Dette er nødvendig fordi hele målekretsen er koblet til en Raspberry Pi som jobber med 3.3V nivåer. For å få størst mulig måleområde har jeg valgt å mate ADC-en med 5V og konvertere nivåene til 3.3V ved hjelp av denne level-converteren. Den har 8 bi-direksjonale utganger/innganger, og jeg bruker bare to av dem. Den ene er SCL (klokke) og SDA (data). ADC-en snakker med Raspberry-en på I²C.

Målingene blir lest av et enkelt Python-script som også er en socket server. Data blir lest fra denne serveren ved hjelp av programmet socat.

En forbedring av målekretsen er å bytte ut zenerdioden med en TL431 (Precision Programmable Reference) som er en slags programmerbar zenerdiode med en veldig bratt “på-karakteristikk” som er bedre enn en vanlig zenerdiode.

Ved hjelp av et potensiometer (variabel motstand) kan referansespenningen justeres.

I skrivende stund står målekretsen og måler batterispenningen på LA6GHA sitt hjemme-QTH, men ved neste anledning skal den opp til Marsteinsvola.

Oppdatering: Målekretsen ble flyttet 29. september 2018

2. oktober 2020: Etter en lang tid med måling av batterispenningen har jeg kommet frem til at zenerdioden er veldig følsom for temperatur- svingninger. Det er godt kjent at zenerdioder ikke er stabile spennings-referanser under varierende temperatur. Når temperaturen synker synker zenerdiodens revers-spenning og målt spenning stiger (når batteriets spenning er konstant). Det motsatte skjer når temperaturen stiger.

En krets med en TL431 skal etter planen erstatte zenerdioen og det kan vi få til i morgen, lørdag 3. oktober.