JIS C8708:2019充放電試験回路試運転

JIS C8708:2019充放電試験回路製作中、ざっと
制御ソフトが出来たので試運転中です。

今回はJIS C8708:2019の充電条件へ対応。
「0.5Cで132分 又は -ΔV(5mV～10mV)」
これに対応するため、電池電圧を読むA/D入力に
アンプを入れました。

Arduino(ATmega328P)のA/Dコンバータは10bit。
基準電圧を2.5Vにして0～2.5Vをそのまま入力
すると1ビットが約2.44mV。
5～10mVの-ΔVを拾うとすると、その変化量は
2～4ビットと微少。
もうちょい分解能が欲しいか、ということでこんな
アンプをA/Dの前段に入れました。　（U6 1,2,3のところ）

考え方
・電池の寿命試験で電池電圧を測るのに0V付近は不要。
・0.9Vくらいから2.0Vの範囲を測れたらよいんじゃないか。
・A/Dの分解能を1ビットを1mVくらいにしたい。
・とりあえず、入力範囲を0.85V～2.1Vにして、測定スパン
　を1.25Vに。
・これを2倍に増幅。
・1ビットはきっちり1mVにはならないで約1.22mV。

こんな回路になっています。

また、A/D入力処理も、速度は不要なんで
・1mSごとのA/D変換で、256回の加算平均処理。
　256回分10ビットのA/D値を加算合計して、256回目に
　1/256して平均値を算出。256mSごとにA/Dデータが確定。
・この平均値を16回移動平均。
　リングバッファの古いのを捨てて新しいのを加える。
・さらに、バッファのデータをソートして、上下それぞれ
　4つのデータを捨て（maxに近い4つとminに近い4つ）、
　8つの中央値で平均計算。
・256mSごとにこのスムージング処理したデータが確定。
　16回なんで、A/D入力値が安定するまで約4秒。
・これで、一瞬の短絡や開放はデータに出てこない。

こんな処理で-ΔVを見つけるようにしました。

これでうまく処理できるか、試運転中です。

※OP-AMPについて
今回使ったMCP6072、電源電圧5V以下で使うならおすすめです。
特徴
・安価　　100円くらい　　ただしDIPは無い
・レール to レール入力/出力
・ゲインバンド幅 1.2MHz
・低オフセット電圧 0.15mV(max) ★
・入力バイアス電流　1pA (CMOSなんで)
・低消費電流 0.11mA
・動作電圧範囲　1.8V～6V

オフセット電圧の小さなCMOSアンプって、なかなか
ないんですよね。
ただ、DIP品が無いので試作にはピッチ変換基板が必須です。


※追記

・1msタイマー処理とその中で起動されるA/D変換。
・A/D割り込みで行う256回のA/D値平均処理。
　　↑
この２つの処理は割り込みで行うので、時間待ちは無し。
勝手にA/D平均データが上がってきます。

この中でスイッチ入力処理とブザー報知処理も実行。
液晶画面表示を行っていると、スイッチのチャタリング除去
処理やブザー報知の処理が遅れることがあるんで、タイマー
割り込みの中で勝手に処理するようにします。

・メインルーチン内でf_adokフラグをチェックして
　行う256msごとのA/D値スムージング処理。
　ソートを行うので、割り込み内からは出してます。

これを示しておきます。 (スペースは全角で)

/********************************/
/*　　　1ms タイマー割り込み　　*/
/********************************/
//　関数プロトタイプ宣言　(タイマー割込み内で処理)
void swscan(void);　　　　　 // SW入力スキャン
void bzzexc(void);　　　　　 // ブザー報知実行
/*****　タイマーデータ　　*****/
volatile byte　tm_1ms;　　　// 1msダウンカウントタイマー
volatile byte　tm_10ms;　　 // 10msダウンカウントタイマー
volatile byte　f_1sec;　　　// 1秒経過フラグ
volatile byte　f_1min;　　　// 1分経過フラグ
//　測定用タイマー(カウントアップ)
byte f_tmion;　　　　　　　 // 計時指令
　　　　　　　　　　　　　　// onで計測タイマーをカウントアップ
volatile word　tmi_1min;　　// 1分 カウントアップタイマー
　　　　　　　　　　　　　　// 24時間で1440分 999分で16時間39分
volatile byte　tmi_1sec;　　// 1秒 カウントアップタイマー
　　　　　　　　　　　　　　// 00～59
volatile byte　tmi_10ms;　　// 10ms カウントアップタイマー
//　tmmreadで読む測定タイマー
word tmm_1min;　　　　　　　// 1分 max5999分=99時間59分
byte tmm_1sec;　　　　　　　// 1秒 0～59
/*****　タイマー０コンペアマッチA割込み　　　　*****/
//　割り込みでパルス出力(1kHz周期)
ISR(TIMER0_COMPA_vect)
{
static byte cnt10　 = 0;
　　PB0_H;　　　　　　　　　　　// (!!!) 14pin
　　if(tm_1ms)　　　tm_1ms--;　 // 1msダウンカウント
//　10msタイマー
　　cnt10++;
　　if(cnt10 >= 10){
　　　　cnt10 = 0;
　　　　if(tm_10ms)　　 tm_10ms--;　　　// 10mS ダウンカウント
　　　　if(f_tmion){　　　　　　　　　　// 計時する?
　　　　　tmi_10ms++;
　　　　　if(tmi_10ms >= t_spdup){　　　// 100カウントで1秒
　　　　　　tmi_10ms = 0;
　　　　　　f_1sec = 1;　　　　　　　　 // 1秒フラグをオン
　　　　　　tmi_1sec++;　　　　　　　　 // +1秒
　　　　　　if(tmi_1sec >= 60){　　　　 // 60秒
　　　　　　　tmi_1sec = 0;
　　　　　　　f_1min = 1;　　　　　　　 // 1分フラグをオン
　　　　　　　tmi_1min++;　　　　　　　 // +1分
　　　　　　　if(tmi_1min >= 6000){　　 // 6000分越え?
　　　　　　　　tmi_1min = 5999;
　　　　　　　　tmi_1sec = 59;　　　　　// 99時間59分59秒に
　　　　　　　}
　　　　　　}
　　　　　}
　　　　}
　　}
//　1ms処理関数
　　swscan();　　　　　 // SW入力スキャン
　　bzzexc();　　　　　 // ブザー報知実行
//　内蔵A/D開始
　　ADCSRA |= (1 << ADSC);　　　// A/D変換開始
　　PB0_L;　　　　　　　　　　　// (!!!) 14pin
}

/******************************/
/*　　　内蔵Ａ／Ｄ処理　　　　*/
/******************************/
/****　A/D データ　　　　*****/
#define　ADAVR_ADD　　　256　　 // A/D平均回数
volatile word　ad_avr;　　　　　// A/D変換データ 0～1023
　　　　　　　　　　　　　　　　// 平均処理された結果
volatile ulong ad_add;　　　　　// A/D平均処理用加算データ
volatile byte　f_adok;　　　　　// A/D変換完了フラグ
　　　　　　　　　　　　　　　　// 割り込みでセット
// 平均処理確定でad_avrを転送　電池電圧に変換
byte f_advolt;　　　　　　　　　// A/Dデータ転送変換完了フラグ
word ad_data;　　　　　　　　　 // 電圧A/D値　(平均値)
word bat_ad;　　　　　　　　　　// スムージング処理結果A/D値 (0～1023)
word bat_volt;　　　　　　　　　// 電池電圧　bat_adをmV値に変換
word bat_peak;　　　　　　　　　// 電池電圧ピーク値(mV)
word bat_deltav;　　　　　　　　// ΔV値 ピーク-現在値 (mV)
byte f_peakon;　　　　　　　　　// ピーク検出開始フラグ
/*****　A/D割り込み処理　　*****/
//　　1msタイマー割り込みでA/D変換開始
//　　256回で平均値算出
ISR(ADC_vect)
{
word d;
static word cnt = 0;　　// A/D変換平均回数
　　PB4_H;　　　　　　　　　　　// (!!!) 18pin
　　d = (word)ADCL;　　　　　　 //
　　d |= (ADCH & 0x03) << 8;　　// 符号なしで 0～3FF
//　測定値
　　ad_add += (ulong)d;　　　　 // 平均用に加算
//　平均処理
　　cnt++;　　　　　　　　　　　// 平均加算回数
　　if(cnt >= ADAVR_ADD){　　　 // 256回?
　　　　cnt = 0;
　　　　ad_avr = (word)(ad_add / ADAVR_ADD);　// 平均
　　　　ad_add = 0L;　　　　　　// 次加算データクリア
　　　　f_adok = 1;　　　　　　 // 変換完了
　　}
　　PB4_L;　　　　　　　　　　　// (!!!) 18pin
}
/***********************************/
/*　A/Dデータスムージング処理　　　*/
/***********************************/
//　処理バッファ
word ad_smzbff[16];　　　　 // A/Dデータ保存バッファ
word ad_sort[16];　　　　　 // ソート用バッファ
/*****　qsort用データ比較　　　 *****/
//　wordで比較
int wordcmp( const void *p, const void *q ) {
　　if( *(word *)p > *(word *)q )　　 return 1;
　　if( *(word *)p < *(word *)q )　　 return -1;
　　return 0;
}
/*****　スムージング処理　　*****/
//　16コのA/Dデータを順にサンプル
//　ソートして上下4コ(8コ)を捨て、中央の8コを平均
//　256ms X 16 = 4.096秒後に安定
word adsmz(word d)
{
static byte f1 = 0;　　 // はじめてフラグ
static byte wp;　　　　 // 書き込みポインタ
byte i;
long a;
word b;
　　if(f1 == 0){　　　　　　　　// 初めて
　　　　f1 = 1;
　　　　for(i = 0; i < DIMSIZ(ad_smzbff); i++){
　　　　　　ad_smzbff[i] = d;　　　 // バッファを初期データで埋める
　　　　}
　　　　wp = 0;　　　　　　　　　　 // データ書き込みポインタ
　　}
　　else{　　　　　　　　　　　 // 2回目以降
　　　　ad_smzbff[wp] = d;　　　　　　　// A/Dデータをストア
　　　　wp++;　　　　　　　　　　　　　 // 書き込みポインタを進める
　　　　if(wp >= DIMSIZ(ad_smzbff))　 wp = 0;　 // 一周回って先頭に
　　}
　　memcpy(ad_sort, ad_smzbff, sizeof(ad_smzbff));　// バッファにコピー
　　qsort(ad_sort, DIMSIZ(ad_sort), sizeof(word), wordcmp); // qsort実行
//　中央の8つで平均処理 上下4コは捨てる
　　a = 0;　　　　　　　　　　　　　// 合計
　　for(i = 0; i < 8; i++){　　　　 // 中央の8コを加算
　　　　a += ad_sort[4 + i];　　　　// 4コ目から8コを加算
　　}
　　b = word(a / 8);　　　　　　　　// 1/8して平均値
　　if((a % 8) >= 4)　　　　b += 1; // 四捨五入
　　return b;
}

全体のスケッチはまた今度に。