VAC8010F: прибор, делающий любую зарядку умной (и удобной)

Этот прибор позволяет отслеживать заряд и разряд аккумулятора без разрыва его цепи. Более того, он передает данные на блок управления без проводов, по радио. Наконец, он позволяет не только мониторить процесс, но и управлять им.

Сперва посмотрим данные из инструкции по эксплуатации:

Измерение напряжение:
— при питании от него же: 6-80 В
— при питании от отдельного блока питания: 0-120В
Измерение тока: 0-100 А

Внешний блок питания: 6-60 В
Дисплей: 2,4" ЖК

Пределы измерения:
— Напряжение: 0,01 — 120В
— Ток: 0,1 — 100А
— Емкость 1мАч — 65000 Ач
— Энергия: 0 — 9999 КВтЧ
— Время: 0-100 Часов
— Мощность: 999Квт
— Темпаратура: 1-100°C

Точность:
— Напряжение: ±1% + 2
— Ток: ±2% + 5
— Темпаратура: ±1,5°C

Частота измерения: 5 измерений/сек
Пауза срабатывания реле: 0-60 сек
Дальность приема: на открытой местности 10м

Настройки защиты:
— по максимальному напряжению (OVP): 0.01-500 В
— по минимальному напряжению (LVP): 0.01-500 В
— по максимальному току зарядки (OCP): 0-500А
— по максимальному току разрядки (NCP): 0-500А

Размеры дисплея: 87х49х14 мм
Размеры блока измерения: 114х54х28 мм

На плате блока измерения имеются четыре разъема, гнездо USB, джампер и кнопка.
Разъемы:
1. реле разряда
2. реле заряда
3. подключение внешнего напряжения для измерения
4. подключение внешнего источника питания для устройства

Джампер переключает способ питания: от измеряемого напряжения (в положении «2w») или от отдельного блока питания (в положении «3w»). Гнездо usb служит для подключения дисплея, т.е. для его питания и только-то.

Напряжение на релюшки подается то же, что и на сам блок измерения. Для контроля состояния реле используется светодиод, расположенный у разъемов реле.

Теперь о настройках, которые можно менять в правом столбце аббревиатур:

1. NCP — Защита по току заряда. При ненулевом значении защита активизируется. Кнопками + и — меняем значение, рядом, в графе тока, на экран выводится текущая настройка из блока измерения. Она меняется по мере наших изменений. Т.е. память о настройках хранится в блоке измерения, а не в дисплее. И при необходимости он сделает все сам, автоматически, если экран отключен.
2. OCP — Защита по току разряда. Аналогично.
3. OVP — Защита по максимальному напряжению заряда.
4. LVP — Защита по минимальному напряжению разряда.
5. OUT — Ручное изменение состояний реле.
6. LCK — Блокировка кнопок экрана. Выбираем пункт, нажимает кнопку + и все, кнопки не работают. Обратно — 10-секундное нажатие кнопки «ок».
7. BAT — настройка емкости аккумулятора. Нужна для определения процента заряда и разряда.
8. BPC — настройка остаточной емкости батареи.
9. CER — обнуление датчика тока. При выключенном токе нажать для калибровке нуля.
10. RET — сброс данных о пропущенных через датчик КВт-часах и времени работы устройства.
11. LNG — настройка языка, доступны китайский и английский.
12. STI — установка состояния реле при включении питания устройства, запитаны или нет.
13. SFH — поиск устройств, один дисплей может связываться с несколькими блоками измерения.
14. DEL — Задержка срабатывания реле, в секундах.
15. FCH — Коммуникационный адрес устройства (у меня был 40).
16. SNR — Автовыключение экрана. Задаем тут ток, если отслеживаемый ток меньше заданного, экран автоматически гаснет после истечения интервала времени, заданного следующей настройкой. Когда ток снова повысится, экран автоматически включится.
17. SNT — задержка выключения экрана. 0 — значит экран не выключается никогда.
18. RFS — Цвет экрана. При настройке yes экран изменит свой цвет после передергивания питания. Две цветовые схемы — светлая и темная.

Дальше в инструкции упоминается, что нельзя путать полярность и превышать максимальные напряжения. Нельзя разбирать устройство.
С инструкцией все.

Теперь об отличиях теории от практики: в моем приборе не отображается температура. Она мне не особо-то и нужна, но ее нет. Я посмотрел аналогичные приборы в других магазинах — в большинстве случаев предупреждают «функция отображения температуры не поддерживается. Если вам она необходима, доплатите $3». Но мне она без надобности.
Вторая особенность: управление релюшками работает только в режиме питания от отдельного источника. Это совершенно не мешает: достаточно подключить входное напряжение к разъему «внешнее питание» и выставить соответствующую настройку джампером. По всей вероятности, это было сделано для того, чтобы не питать релюшки от того же аккумулятора, зарядку которого измеряем.

Точность по току
Посмотрим, насколько точно прибор измеряет токи:

Чтобы проверить токи в наиболее интересных диапазонах, я намотал провод на датчик несколько раз. Один сквозной проход и 9 витков эквивалентны повышению измеряемого тока в 10 раз относительно номинала. Точно так же я поступил с клещами, только там 5 витков. Можно заметить, что имеются расхождения в показаниях, приблизительно 2,4%.
График ошибки:

Кроме того, шкалы в положительную сторону и в отрицательную не совсем симметричны. Положительные токи прибор чуть завышает, отрицательные — чуть занижает. В пределах полутора порцентов. Для таких случаев на датчике есть два потенциометра. Один из них задает точку нуля. А второй подстраивает зависимость вольтов от амперов.

Потенциометры залиты краской, и пока не буду их трогать, пожалуй, погрешность совсем невелика и для моих задач более чем приемлемая..

Точность по напряжению

Для небольших напряжений я использовал источник опорного напряжения, а далее просто хороший вольтметр.

Ошибка определения напряжений присутствует, но она вполне умеренная, хоть и неравномерная по шкале.
График ошибки:

Сотые доли вольта — совершенно достаточная точность для такого применения. В проводах больше потеряется. Так что и по напряжению и по току прибор полностью отвечает моим требованиям.

Интерфейс
Наверное, самый заметный минус устройства — странный интерфейс. Либо придется выучить все эти аббревиатуры, либо, если специфика применения позволяет, один раз настроить и забыть. В противном случае неплохо бы рядом с устройством держать шпаргалку по его настройкам. Измерительный блок из интерфейса имеет только одну кнопочку и два светодиодика. Но и те расположены так неудобно, что их как будто специально запихивали туда, где на кнопку будет сложно нажимать, а светодиодики будут загораживаться разъемами и корпусом прибора. Явный недосмотр создателей прибора.

Скорость работы
Для определения скорости отображения параметров на экране я записал видео с запуском лампочки при помощи реле.
Потом посмотрел по кадрам, сколько времени прошло между включением реле и выводом информации на экран.
(видео 9 сек.)

У меня получилось 27 кадров. В секунде 60 кадров, так что задержка измерения показаний 27/60 = 0,45 секунды. Учитывая радиоканал, совсем неплохо.

Скорость срабатывания реле я тоже посмотрел. С этим проще. Настроил порог отключения зарядки по току в 1 ампер. А потом пустил через датчик Ток почти в 2А. Напряжение на нагрузке и напряжение на реле отключения вывел на экран осциллографа по двум каналам.

Вот что у меня получилось:

При срабатывании защиты по току время задержки составляет от 90 до 388 мс. Не очень понятно, от чего появляется такой разброс, ведь отключение производится самим измерительным блоком и радиоканал тут ни при чем.

При срабатывании защиты по напряжению время задержки, как ни странно, еще больше, но оно более равномерно — от 533 до 593 мс.

Это при пороге в 10 вольт, а актуальном напряжении — 12. При настройке порогового значения на 1 вольт время отключения несколько снижается до 300 мс.
Выглядит отключение нагрузки примерно так (видео 4 сек.):

По результатам можно сказать, что нежную технику к источникам опасного напряжения и тока лучше не подключать — защита сработает слишком поздно. Но перезарядить аккумулятор устройство не даст, для этих целей защита вполне годная.

Питание
Блок измерения потребляет 22 мА при питании от 12 вольт.

При снижении напряжения питания ниже 7 вольт блок измерений продолжает работать, но точность измерения падает. При снижении ниже 6 вольт — становится неприемлемой. При подключении к измерительному блоку реле потребляемый ток, естественно, растет на ток, потребляемый реле.  Мои релюшки (обычные автомобильные реле) повышали ток потребления устройства до 200 мА. При питании от него же еще и экрана, потребляемый ток тоже увеличивается.
Экран питается от usb и требует порядка 100 мА.

Связь
За связь отвечают два радиомодуля на микросхеме nRF24L01. Они работают на частоте 2,4 ГГц. Дальность действия — до 30 метров. Этот тип связи располагает 127 каналами на разных частотах, а протокол обмена позволяет объединять до семи устройств в группы. Недорогое, но очень функциональное решение. В машине проверить работу электросистемы — не нужно провода в салон тянуть. Дома я аккумулятор заряжаю где-то поближе к вытяжке, а сам сижу у компа. Раньше периодически наведывался проверить как там дела с зарядкой. Теперь все под контролем — достаточно воткнуть экран в юсб.

Разборка

Блок управления
Блок снабжен выходом usb. Никакая информация по нему не передается и не принимается — это только разъем питания. Снабжен таким выходом и измерительный модуль. Он как раз формирует на выходе стабильные 5 вольт. Модуль с экраном можно соединить usb проводом папа-папа. Он в комплекте. Но и в этом случае связь только по радиоканалу.
Экран выполнен как бутерброд из трех слоев пластика, собранных на стойках. Первый слой — защитный экран LCD дисплея. Второй слой — плата с микроконтроллером и необходимой обвязкой. Третий слой — снова пластик, задняя стенка. Особняком в колодку вставлен радиомодуль.

Блок управления собран на контроллере STM8S005K6. Пайка среднего качества, флюс не смыт.

Измерительный блок

Основа модуля — контроллер STM8S103K3T6C. Пайка тут получше, флюс в основном смыт. Отмечены не распаяные на плате джамперы и некоторые детали, вероятно связанные с отсутствующей функцией измерения температуры.

Датчик

Датчик почти без опознавательных знаков. Имеется только надпись «Input 300A», стрелка, показывающая положительное направление тока и 4 иероглифа:
青蓝电子
Каждый из них по отдельности переводится как «зеленый, синий, электричество, сын», а все вместе — «Синий синий». Впечатляет. Он и у них тоже — и велик, и могуч.
Датчик соединен с измерительным блоком четырьмя проводами.

На фотографии:
фиолетовый — земля
серый — выход
белый — земля
черный — +5в
По факту питание оказалось 4,974 вольта, а выход датчика при отсуствии тока — 2,497 вольт.
При измерении тока прибором, с датчика я снимал такие показания:
1,829В = -100.0А
2,164В = -50.0А
2,824В = 50.0А
3,149В = 100.0А
Нетрудно сделать вывод, что датчик выдает 6,6 мВ на каждый ампер протекающего тока. Это довольно полезное знание, потому что при необходимости можно будет подобрать аналогичный датчик по параметрам: питающее напряжение +5 вольт, слоп — 6,6мВ/А. Кстати, подобрать датчик по таким парметрам не так уж просто. Я нашел датчик как две капли воды похожий на применяемый здесь:

Ссылка — $12

Но у него другое питающее напряжение.
Есть с совместимым питающим напряжением:

Ссылка  — $15

Но не совсем ясно, какой у него угол наклона кривой тока.
Так что пока моя идея навесить датчик в машину на аккумуляторный провод, и лишь при необходимости устанавливать туда измерительный блок, осталась нереализованной.
Для крепления датчика имеются два отверстия с металлической резьбой М3 на его основании и 4 отверстия без резьбы на фронтальной стороне.

Испытания
Основная задача, для которой покупался прибор — отслеживать зарядку и разрядку автомобильного аккумулятора. Но сперва убедимся, что с генератором все в порядке. По характеристикам, он должен выдавать 80А на максимальных оборотах. В статике конечно можно померить ток и токоизмерительными клещами. Или даже шунтом с милливольтметром, что я делал недавно в обзоре на другом сайте. Но лучше конечно бесконтактным способом. И лучше в динамике. Чтобы посмотреть, как меняется ток при разнообразной нагрузке, на разных стадиях заряда аккумулятора, как плавают параметры генератора по мере его прогрева. Вот относительно нагрева у меня были особые подозрения. Дело в том, что регулятор напряжения генератора вводит специальную поправку в напряжение, в зависимости от окружающей температуры. Но вот термодатчик стоит в самом регуляторе, а сам он установлен прямо на выпрямительном мосту генератора. Получается, что при нормальной работе генератор и мост греются, регулятор начинает считать, что автолюбитель добрался, наконец, до Африки, и снижает напряжение до 13,2 вольт. А за минусом потерь в проводах и контактах выходит, ездим на аккумуляторе.

К сожалению, пока ехал прибор, в машине случился пожар и проводку пришлось несколько переделать. Теперь с проводами и контактами все в порядке, но вот проверить генератор причин прибавилось: бедняга перенес огонь, засыпание порошком из огнетушителя и последующую мойку водой под высоким давлением.

Итак, ставим датчик тока на провод генератора.

Запускаем двигатель. На холостом ходу напряжение холодного генератора 14,7 вольт. Ток, идущий от генератора — 9,6А. Этого хватает и на подзарядку аккумулятора и на потребителей атвомобиля.

Холостой ход (видео 7 сек):

Работа при полной нагрузке

(видео 3 сек.)

При включении всех возможных потребителей (даже дворников) ток возрастает до 68-70А, напряжение падает до 13,4-13.8 Вольта. Что в пределах нормы.

Вот так дисплей смотрится ночью, в темноте.

Итог:
Очень функциональное устройство. Годится для стационарной установки, для отслеживания зарядки и разрядки резервных аккумуляторов. Для солнечных панелей и ветряков. Но подходит и для эпизодического контроля работы электросистемы автомобиля во время домашней зарядки аккумулятора. Очень удобно, что измерять можно в одном месте, а контроливать процесс — в другом. Мало кому приятно делить одну комнату с кислотным аккумулятором. У прибора хорошая точность и стабильность показаний. Яркий и контрастный экран с подробной информацией о зарядке и разрядке. Способность работать в автономном режиме — вовсе без экрана. Масштабируемость — одним модулем управления можно контролировать несколько модулей измерения.

Плюсы:
+ максимальная функциональность среди приборов такого класса
+ яркий контрастный экран
+ надежный и шустрый радиоканал
+ возможность не только отслеживать процесс зарядки, но и управлять им при помощи реле
+ низкое энергопотребление
+ высокая частота обновления данных

Минусы:
— не очень интуитивно понятен интерфейс, требует привыкания
— сложно найти подменный датчик
— кольцо датчика неразъемное — надевается только при отсоединении провода
— неудобное расположение кнопки управления реле и трудно разглядеть светодиоды их контроля

Ссылка на прибор:

VAC8010F