PIC回路のバッテリー寿命モニター

私は、PIC18F14F50マイクロコントローラーチップを使用した小さな回路を持っています。このチップは、i2cインターフェイスを介して外部のEEPROMチップにデータを記録しています（後でUSBインターフェイスを介して読み取ることができます）。15分ごとに1つのサンプルが記録され、特に正確にタイミングを合わせる必要はありません。

電池の交換中にサンプルを見逃したり、タイミングを間違えたりしても問題はありませんが、電池が切れて誰かが気付くまで数日間データが記録されない場合は問題ありません。

そのため、十分な時間をおいてバッテリーが少なくなると、ユーザーが交換できるようにユーザーに警告します。平均電流は2mA未満であり、3つの単3アルカリ電池を直列で使用して4.5ボルトを供給しているので、かなりの数日続くと思います。

しかし、バッテリーの残量が少ないことをどのように検出するのでしょうか。電池が寿命に近づくと電圧が下がると思います。このPICには1.024vの基準電圧があるので、電源電圧を分割してアナログ入力に供給でき、分割された電圧がその電圧を下回ると警告がトリガーされます。

しかし、これがどれほどうまく機能するかを知るのに十分なほどバッテリーについて知りません。そして、おそらく10〜20％のバッテリー寿命が残っていることを示す、どの電圧を選択すればよいかわかりません。それでもまったく機能しますか？より良いアプローチはありますか？

これはまったく正確である必要はありません。私は、人々にまだ寿命が残っているバッテリーを廃棄させずに、十分な時間内に適切な警告を出したいだけです。

私の現在の使用量はかなり一定しているので、バッテリーが平均してどれくらい持続するかを計算し、警告を出す前にその時間の85％を選択できる場合、単純なタイマーは妥当でしょうか？それとも、バッテリー寿命はそれ以上に異なりますか？

どんな考えでも歓迎します。

まず、タイマー回路についてコメントさせてください。これは、バッテリーがすべて比較的同じ年齢で、同じ状態に保たれている限り機能します。まだこれを使用していて、バッテリーがすべて6か月古い6か月で、タイマーを更新する必要があります。機能的なソリューションですが、最良のものではありません。

入力の電圧を、寿命に影響を与えないほど高い電圧を持つ抵抗ネットワークで分割することができます（負荷がかかるネットワークを使用できます。バッテリーを頻繁に交換するだけです）。一つの落とし穴があります。バッテリーの寿命の真の値を確認するには、バッテリーをロードする必要があります。バッテリーの負荷が高いほど、放電曲線は線のようになります。それは決してラインになることはありません、それでも明確なフェーズはありますが、あなたは残っている寿命とロードされたバッテリー電圧を確実に関連付けることができます。

測定中にPICがオンになっていると、きちんとした測定結果が得られます。写真でバッテリーの測定に時間をかけ、デバイスが死ぬまで結果の電圧曲線を確認します。曲線が比較的平坦なままで、その後突然低下してバッテリーが死ぬ場合は、トランジスターと負荷抵抗を使用して、バッテリー測定中の電流引き込みを増やします。電池大学には電池に関する情報がたくさんあります。多くの場合、マイクロコントローラーは、十分な電流を引き込めず、全体に傾斜した曲線を得ることができません（MSP430のような超低消費電力uCでこの問題を見てきました）。PICを実行するだけで大​​丈夫でしょう。

単三電池の化学に関する研究により、いくつかの結果が出ています。低電流（<500 mA）でかなりフラットな放電曲線を示すように見えます。これは、電圧測定をより価値のあるものにするために、トランジスタと結合された抵抗放電回路が必要になる可能性があることを意味します。

これが十分に明確でなかった場合、ご容赦ください。コメントや質問、提案があれば更新します。

はい、バッテリー電圧は低下しますが、その低下はごくわずかです。

分圧器を使用してこれをADC範囲に入れると、範囲も分割されます。これはまだADCで直接測定可能だと思います。5 V /（2 ^ 10）= 0.005 V、±3 LSbのオフセットおよびゲイン誤差があるため、フルと空の間にまだいくつかの測定レベルがありますか？

バッテリーの充電と放電を正確に測定するために、人々は電流感知抵抗器でどれだけの電流が消費されているかを記録し、一定量の充電が経過した後にバッテリーが低下していると判断します。現在のドローが比較的一定している場合、はい、タイマーを使用して同じことを行うことができます。それを数回実行し、バッテリーが切れていると考えるまでの時間を測定します。次に、タイマーを使用して、バッテリーがいつなくなるかを推測します。毎回新しい電池を使用していますか？

このようなシステムを監視する唯一の確実な方法は、一種のウォッチドッグのような配置です。別の電源が入っている他のシステムで時々それをチェックし（または信号を待つ）、応答しない場合は警告します。

代わりに、別のシステムを使用してバッテリーをチェックすることもできます。これは、メインバッテリーで実行されている監視システムを停止させるメインバッテリーの消耗に悩まされることはありません。コインセルのような小さなバッテリーで動作するバッテリーモニターを配置し、それがメインバッテリーよりも長持ちすることを保証できれば、それで十分です。

2番目の電源が必要ない、またはできない場合は、他のコメントに自己監視の非常に良い提案が含まれているようです。

オペアンプを使用してはるかに正確な電圧リファレンスを取得し（イネーブルピン付きのものを使用して、簡単にシャットダウンできるようにする）、測定する電圧範囲に回路を調整するだけです：0Vで0V、 1.1Vで3.3V。飽和している場合は、十分な充電量があり、モニターは必要ないようです。アラームだけです。

また、電圧の低下が電池の消耗によるものであると想定するのではなく、必ず数回測定する（または電流検出抵抗を使用する）ようにしてください。そうではありません-バッテリー電圧は放電電流と残りの充電の両方に依存しています。電流スパイクによって電圧が大幅に低下する可能性がありますが、バッテリーを取り外すとバッテリーは回復します。Energizerのアルカリデータシートの図9を参照してください。

可能であれば、通常の負荷（デバイス）で負荷がかかって負荷電流を停止した直後に、単三アルカリ電池の電圧を測定します。単三電池あたり0.9Vを下回ると、電池が消耗します。これは私が設計した多くの製品で、完璧に機能します。通常のアルカリ電池は、負荷が取り除かれると回復しますが、負荷電流によっては時間がかかります。時々これは、温度と負荷電流に応じて数分または数時間になることがあります。小電流で定常使用中にそれを測定すると、電流に応じてより高い電圧を取る必要がありますが、通常、5mAだけを使用するデバイスでは1.2Vで問題ありません。