DIY个内阻测试仪-三线版V0.1

飞向狙沙

最近看大家都在玩LM317+555的内阻仪，电路简单，测量结果相对准确，但是要求有个万用表，对于一个diyer，这怎么可以忍受，必须要能独立使用啊，然后一直想做，之前就看到一乐“GandF”大神开源的M8内阻仪电路，无奈没看明白，后来经过坛里@qrut 和@邓穿石 两位大神的指点终于搞懂了，就开始折腾这版内阻仪，经过漫长的零星时间焊接调试，目前总算是凑合着可以使用了。


因为万用表之前小电流档有点问题，所以万用表标定的电流值可能有偏差，分压电阻也没买告警的，全是从元件盒顺手巴拉的，测量结果可能不是太好，但是对于内阻来说那不重要，10mΩ跟20mΩ有很大区别吗，只要相对准确可以用来做电池分组不就够了么


这是焊接的第一版，效果比较差，￥200出给了一个毕设的小弟弟，这才有了点经费买了个示波器，进而调整出来了当前这个能用的版本，纪念一下

上图不算数，原理图镇楼


相关参数
阻值测量范围：0-500mΩ（实际电路中设计了档位切换，理论上应该能到0-2Ω，软件方面暂时没有实现）
电压测量范围：0-20V（实际电路设计0-50V，焊接的元件都是使用的手里现成的，部分参数没达到设计值）

原理简介
单片机PA2脚产生1KHz的3.3V方波信号，通过LMV358(一定要LMV版，此版低压轨到轨，普通LM358不适用)产生10mA的交流恒流源，经过测试电池或电阻后根据欧姆定律产生一个压降，这个压降在经过LMV358进行250倍放大后进入PA1的ADC采样，然后经过电压换算，欧姆定律再计算出被测电阻的阻值。


被测电池的电压采样直接通过分压电阻分压后进入PA3 ADC采样，此处不知道正规电压采集应该怎么做，反正就这么实现了，结果应该会有点偏差，在公司调试，没有经过万用表校对，如果影响太大可以考虑关闭PWM后测量，还是那句话，相对值嘛，也没太大必要追求高精准，真想要准确数值万用表在测一下嘛


程序下载目前使用的JLINK，放了一片CH340E，可以通过串口下载，但是boot0没有加按键，放了跳线，需要短接下，typec使用了正反插，一面串口，一面USB，也考虑使用USB模拟U盘升级，但是空间好像不太够了，需要优化代码


单按键设计，开关机、功能设定，长按开机、关机，目前归零校准是先短接在三连击自动校准，但是校准值没有保存到flash，需要再研究研究库函数


程序使用的platformIO+arduino开发，好处就是各种功能随手就来，缺点就是后期确实难优化，占用内存也比较大


先上结果图吧，二楼再做具体的原理介绍
渲染图

实际焊接


长按开关机


进入短接校准

短接校准结果（目前校准结果当次开机有效，下次开机需要重新校准，写入flash功能还在研究）

测量南孚电池

测量锂电池，哪来的个渣渣电池我也忘了

测量50mΩ多圈康铜电阻

通过调整康铜电阻圈数模拟不同阻值





源码和PCB因为经常会有更新就暂时不传压缩包了，直接传gitee了
源码：NeiZuYi: 内阻仪
硬件：立创eda工程

飞向狙沙

开关机电路使用了这个电路，按下开关Q1导通，上电开机，此时单片机完成初始化，需要给POWER_C一个高电平，Q2导通拉低Q1 G极保持开机状态，此时开关SW1可以作为普通开关正常使用，当需要关机时按下开关，单片机检测到按键按下按照设定规则（长按1s）判定关机时拉低POWER_C,此时Q2截止，但是开关还按下，所以Q1还是导通，直到开关松开，G极高电平实现物理关机，这个开关机电路可以实现关机0损耗，缺点就是关机后单片机断电，不能自我唤醒，不过这里自我唤醒也没啥意义

内阻采样电路部分，原理可参考运放恒流电路求解 - 电子学堂 数码之家 (mydigit.cn)里@qrut 和@邓穿石 给出的讲解，U5.1、R31、R32、R34、R35、R36组成一个10mA(实测9mA左右)恒流源，R34为恒流源的采样电阻，具体恒流值计算方法可以参考下上边帖子的10楼，交流恒流经过C23、C24反接组成的无极电容隔直后对被测电阻放电，恒流值定为Io，被测电阻定位Ro，则按照欧姆定律在被测电阻上产生一个交流电压信号Uo=Io*Ro，C22隔直电容经过隔直通交把这个电压信号导入到U5.2的同相端进行同相放大，因为这个交流信号包含负压，单电源的运放处理不了，经过R24、R27叠加一个3.3/2=1.65V的偏置电压。由R20、R26组成放大（100k+400）/400=250倍放大，当Q3导通时R20、R21、R22并联成一个33.33k电阻，放大倍数变为(33.33k+400)/400=84.33倍放大。



这是短接时的adc波形，效果已经不太好了，不知道是不是运放的问题

这是200mΩ时的波形


关键元件
R34为恒流源采样电阻，需要高精度低温漂
R31/32/35/36设定恒流值
C23/24反向链接组成一个无极电容，耐压翻倍，容量减半，容量需要100uF以上，这里我使用了25V220uF电容,等效电容耐压50V，有点低了，测不了50V电池，我也用不到
C22为采样隔直电容，耐压需要50V或超过期望被测电压值，用MLCC实际应该不太合适，这里最好使用X7R或者CBB？这块不太了解，大佬给解释一下呗
R25/30作为被测电池电压分压电阻，分压比(200k+12k)/12k=17.67倍，最高测量3.3V*17.67=58V电压
R20/21/22/26为运放放大倍率设定电阻
电压测量范围由C22/23/24和R25/30共同决定

算法相关

使用了平均值滤波，三个点做一次平均，然后后移一位继续三点平均

1. void ADC_avgfilter(uint16_t *arr)
   
2. {
   
3.     uint16_t temp = arr[0];
   
4.     for (uint16_t i = 1; i < ADC_SAMPLES - 1; i++)
   
5.     {
   
6.         arr[i] = (temp + arr[i] + arr[i + 1]) / 3;
   
7.         temp = arr[i];
   
8.     }
   
9. }

复制代码

阻值计算没太搞明白FFT，而且这里是用的方波，感觉也用不到FFT，直接从滤波之后的数据里取波峰波谷差值计算了

1. // 获取阻值
   
2. float ADC_getResistance()
   
3. {
   
4.     // 波峰波谷求和,求平均值
   
5.     uint16_t peakCount = 0, troughCount = 0;
   
6.     uint32_t peakSum = 0, troughSum = 0;
   
7.     uint32_t avg = 0;
   
8.     uint16_t adcs[ADC_SAMPLES];
   
9.     // 数据采集
   
10.     adc_read(RESISTANCE_ADC_PIN, adcs);
    
11.     // 数据滤波
    
12.     ADC_avgfilter(adcs);
    
13.     // 求平均值,简单求波峰波谷
    
14.     for (int i = 0; i < ADC_SAMPLES; i++)
    
15.     {
    
16.         avg += adcs[i];
    
17.     }
    
18.     avg /= ADC_SAMPLES;
    
19.     // 开始位置是正半周还是负半周:正半周1,负半周-1
    
20.     int8_t currentCycle = adcs[0] > avg ? 1 : -1;
    
21.     // 当前周期的波峰波谷
    
22.     int16_t currentPeak, currentTrough;
    
23.     if (currentCycle > 0)
    
24.         currentPeak = adcs[0];
    
25.     else
    
26.         currentTrough = adcs[0];
    
27.     // 求波峰波谷
    
28.     for (int i = 1; i < ADC_SAMPLES - 1; i++)
    
29.     {
    
30.         // 正半周切换负半周
    
31.         if (currentCycle > 0 && adcs[i] < avg)
    
32.         {
    
33.             currentTrough = adcs[i];
    
34.             currentCycle = -1;
    
35.             peakSum += currentPeak;
    
36.             peakCount++;
    
37.         }
    
38.         // 负半周切换正半周
    
39.         else if (currentCycle < 0 && adcs[i] > avg)
    
40.         {
    
41.             currentPeak = adcs[i];
    
42.             currentCycle = 1;
    
43.             troughSum += currentTrough;
    
44.             troughCount++;
    
45.         }
    
46.         // 正半周
    
47.         else if (currentCycle > 0 && adcs[i] > avg && currentPeak < adcs[i])
    
48.         {
    
49.             currentPeak = adcs[i];
    
50.         }
    
51.         // 负半周
    
52.         else if (currentCycle < 0 && adcs[i] < avg && currentTrough > adcs[i])
    
53.         {
    
54.             currentTrough = adcs[i];
    
55.         }
    
56.         //  Serial.printf("adc:%d\r\n", adcs[i]);
    
57.     }
    
58.     peakSum /= peakCount;
    
59.     troughSum /= troughCount;
    
60.     Serial.printf("peakSum:%d\r\n", peakSum);
    
61.     Serial.printf("troughSum:%d\r\n", troughSum);
    
62.     float r = 1.0 * (peakSum - troughSum) / 2;
    
63.     Serial.print("r:");
    
64.     Serial.print(r);
    
65.     Serial.println();
    
66.     r = r * ADC_getVcc() / ADC_RANGE / CONSTANT_CURRENT / MAGNIFICATION_RATE1;
    
67.     Serial.print("R:");
    
68.     Serial.print(r);
    
69.     Serial.println();
    
70.     return r;
    
71. }

复制代码

飞向狙沙

之前的开尔文夹一块送给小朋友了，只能短接后用两线测量，后边还规划了一版四线版，效果待测试

tjf888301

体积居然可以这么小？

alangxl

三楼占了，，挺精致的

fangguo18

量产   价格搞下来

64819293

量产，把价格搞下来

long2012

三楼是谁的？

qrut

不错不错这么快就出成品了，话说那个毫欧的字体“mO”很销魂，改成mr吧

xzyatu

不管啥时候来，都自备板凳和西瓜。

dirtyacc

如果有商品内阻仪测量结果对比测试就好了。起码误差心里有数。

jpdd521

做的不错。成本看起来不会高，亲民，好评。

majiwu1234

坐等成品出来，价格合理就买一个玩玩，最好19.9包邮的那种，呵呵！我只有几个简易容量测试仪，感觉不太准确，就想测一下内阻。

飞向狙沙

qrut 发表于 2023-5-10 14:08
不错不错这么快就出成品了，话说那个毫欧的字体“mO”很销魂，改成mr吧 ...

还得感谢大佬的讲解，不然原理都搞不明白，u8g2默认字库里没有Ω，换字库又怕占更多空间，直接用O代替了

飞向狙沙

fangguo18 发表于 2023-5-10 13:54
量产   价格搞下来

不售，没精力，都开源了自己搞吧，这玩意成本说高也高说低也低，最值钱的也就是stm32f103c8t6淘宝红包两块多，oled之前拆机的，买新的也就是五六块钱吧，ch340e可以不要，LMV358好像一块左右，四线航空插淘宝红包后几分钱，其他容阻也永不几毛钱，在我这算成本也就是不到十块钱，不过要是全部采购的话成本会高，主要是容阻没人给配，不能零买，不过混论坛的手里不都有各种囤货嘛

飞向狙沙

dirtyacc 发表于 2023-5-10 14:28
如果有商品内阻仪测量结果对比测试就好了。起码误差心里有数。

大家玩可以标定下看看，我个人而言其实无所谓，拿来主要也就是做做电池匹配，只要相对稳定就像，偏差大点小点其实没什么，比如说实际内阻10毫欧，测量结果20毫欧，只要稳定，所有电池都是20毫欧，那就能配对，至于是不是10毫欧精准值也没啥影响嘛，又不是出去卖电池

飞向狙沙

majiwu1234 发表于 2023-5-10 14:39
坐等成品出来，价格合理就买一个玩玩，最好19.9包邮的那种，呵呵！我只有几个简易容量测试仪，感觉不太准确 ...

哈哈，不出成品，只开源

fangguo18

可以提供套件嘛   只要便宜  都搞起来

飞向狙沙

fangguo18 发表于 2023-5-10 14:57
可以提供套件嘛   只要便宜  都搞起来

真要玩有没有库存元件的话可以出邮费送一些需要的容阻，mcu屏幕之类的自己淘宝采购

人艰不拆了

200块，楼主可以