🔋 Проект: тестер ёмкости аккумулятора на ACS712 в мА·ч

ACS712 измеряет ток разряда аккумулятора через нагрузочный резистор, а Arduino интегрирует ток по времени — на выходе получается реальная ёмкость в мА·ч, которая сохраняется в EEPROM по завершении теста.

Как это работает

Заявленная на этикетке ёмкость аккумулятора (например «3000 мА·ч») — это паспортное значение производителя, а не гарантия. У б/у аккумуляторов (из старых ноутбуков, шуруповёртов, павербанков) реальная ёмкость может быть в разы ниже заявленной из-за деградации со временем и циклами заряда-разряда. Единственный надёжный способ узнать настоящую ёмкость — разрядить аккумулятор контролируемым током через резистор и измерить, сколько миллиампер-часов он реально отдал.

ACS712 — датчик тока на эффекте Холла: он измеряет магнитное поле, создаваемое протекающим через него током, и выдаёт пропорциональное аналоговое напряжение, без необходимости разрывать цепь дополнительным шунтом. В состоянии нулевого тока датчик выдаёт примерно середину питающего напряжения (2.5В при питании 5В), а при протекании тока это напряжение отклоняется в одну или другую сторону в зависимости от направления тока.

Принцип расчёта ёмкости называется интегрированием тока по времени (или counting Кулонов): на каждой итерации цикла берётся текущий ток, умножается на прошедшее с прошлого измерения время (в часах) и переводится в миллиампер-часы, после чего прибавляется к накопленной сумме. Чем чаще происходят измерения — тем точнее итоговый результат, так как меньше теряется информации о колебаниях тока между замерами.

Пошаговая сборка

Так как реализации данного модуля бывают разные, если у вас на плате нет тех контактов, которые указаны ниже — сориентируйтесь по названиям контактов на своей плате.

Подключите ACS712 между минусовым (или плюсовым) выводом аккумулятора и нагрузочным резистором известного сопротивления — вся цепь разряда должна проходить через клеммы датчика, иначе он ничего не измерит.
Выход датчика OUT подключите к A0, VCC и GND — к соответствующим пинам питания Arduino.
Подключите модуль энергонезависимой памяти AT24C256 по шине I2C: SDA → A4, SCL → A5 (на платах с другой маркировкой — к пинам, подписанным так же).
Подберите нагрузочный резистор так, чтобы ток разряда не превышал допустимый для вашего аккумулятора ток разряда (обычно указан на этикетке или в даташите) — слишком маленькое сопротивление резистора даст слишком большой ток и может повредить аккумулятор.
Перед реальным тестом проверьте показания датчика без нагрузки (ток должен быть близок к нулю) — так вы убедитесь, что ноль откалиброван правильно для вашей конкретной платы.

Скетч

// ВНИМАНИЕ: рекомендую отладить код через монитор порта, так как я языковая
// модель, а не специализированный кодер, и могу что-то упустить. Основу
// и идею я накидал, но проверьте под свою схему.

#include <Wire.h>

const int sensorPin = A0;    // аналоговый выход датчика ACS712
const int EEPROM_ADDR = 0x50; // стандартный I2C-адрес микросхем серии AT24Cxx
float totalMah = 0;           // накопленная ёмкость, миллиампер-часы
unsigned long lastSample = 0; // время последнего измерения, мс

// Записывает результат теста (целое число мА·ч) в первые два байта EEPROM
void saveResult(int mah) {
  Wire.beginTransmission(EEPROM_ADDR);
  Wire.write(0); Wire.write(0);     // адрес ячейки памяти внутри EEPROM (0x0000)
  Wire.write(mah >> 8);             // старший байт числа
  Wire.write(mah & 0xFF);           // младший байт числа
  Wire.endTransmission();
  delay(5); // микросхеме нужно время на внутреннюю запись после каждой передачи
}

void setup() {
  Wire.begin();
  lastSample = millis();
}

void loop() {
  int raw = analogRead(sensorPin);
  float voltage = (raw / 1023.0) * 5.0;
  // 0.066 В/А — чувствительность варианта ACS712-05A; у плат на 20А это 0.100,
  // у плат на 30А — 0.185 (смотрите маркировку на своей плате)
  float current = abs(voltage - 2.5) / 0.066; // ампер

  unsigned long now = millis();
  float hoursElapsed = (now - lastSample) / 3600000.0; // мс переводим в часы
  totalMah += current * 1000 * hoursElapsed; // ампер*1000 = миллиампер, умножаем на часы
  lastSample = now;

  if (current < 0.02) { // аккумулятор разряжен или отключён — тест завершён
    saveResult((int)totalMah);
    Serial.print("Тест завершён, ёмкость: ");
    Serial.print(totalMah);
    Serial.println(" mAh");
  }
  delay(1000); // опрос раз в секунду — компромисс между точностью и простотой
}

Интегрирование `current * 1000 * hoursElapsed` на каждой итерации накапливает мА·ч — точность метода растёт с частотой измерений, здесь опрос идёт раз в секунду.

Частые проблемы

Ток показывает значение, хотя нагрузка отключена — проверьте калибровку нуля: у разных экземпляров ACS712 напряжение покоя может незначительно отличаться от ровно 2.5В, добавьте в код измеренное смещение.
Результат явно меньше заявленной ёмкости — это нормально для б/у аккумуляторов, собственно и есть цель теста; для новых аккумуляторов проверьте, не слишком ли велик ток разряда (слишком быстрый разряд занижает измеренную ёмкость из-за внутреннего сопротивления).
Данные в EEPROM не сохраняются — проверьте адрес микросхемы на шине (некоторые платы AT24C256 имеют адрес, отличный от 0x50, в зависимости от распайки адресных пинов A0-A2).
Тест никогда не завершается — порог `current < 0.02` может быть слишком строгим для вашего нагрузочного резистора; увеличьте его или добавьте таймаут по времени.
Показания скачут и шумят — добавьте усреднение нескольких подряд идущих измерений `analogRead()` перед расчётом тока.

Как улучшить проект

Добавить LCD1602-дисплей для отображения хода теста и результата без подключения к компьютеру.
Автоматически отключать нагрузку через реле по достижении порога разряда, чтобы не пересадить аккумулятор ниже безопасного напряжения.
Сохранять в EEPROM не только итоговую ёмкость, но и историю нескольких последних тестов для отслеживания деградации аккумулятора со временем.