Indicador de carga de baterías

1. ¿Qué es charge_indicator?

charge_indicator es un proyecto de hardware libre para construir un indicador visual de nivel de voltaje o carga de batería. Utiliza el clásico integrado LM3914 de Texas Instruments para manejar una barra de 10 LEDs que muestran de forma intuitiva el nivel de la fuente monitoreada.

El proyecto incluye:

• Esquemático completo en KiCad (V7)
• Diseño de PCB en KiCad listo para fabricar
• Archivos 3D (STL) para una caja impresa en 3D que aloja el circuito
• Documentación clara de conexiones y componentes

Está pensado para cualquiera que necesite un vistómetro de batería sin depender de un multímetro o instrumentación externa: desde un cargador casero hasta paneles solares o sistemas embebidos alimentados por batería.

2. ¿Cómo funciona?

El corazón del diseño es el LM3914, un driver de LEDs con display de barra/punto que convierte una tensión analógica en una salida visual de 10 LEDs.

Principio de operación

El LM3914 internamente tiene una cadena de 10 comparadores. Cada comparador tiene una referencia de voltaje escalonada: si el voltaje de entrada supera el umbral del comparador N, el LED correspondiente se enciende.

• Modo barra (MODE = V+): los LEDs se encienden de forma acumulativa (como una barra de progreso). Si hay 5V, se encienden LEDs 1-5.
• Modo punto (MODE = GND o flotante): solo un LED se enciende a la vez (el que corresponde al nivel actual), ahorrando energía.

El diseño de Maykol incluye un jumper (JP1) conectado al pin MODE (pin 9) para seleccionar entre ambos modos.

Configuración del rango de medición

El rango de voltaje se configura con las patas:

• RHI (pin 6) — Define el voltaje máximo de la escala (LED 10)
• RLO (pin 4) — Define el voltaje mínimo de la escala (LED 1)
• REFOUT (pin 7) — Entrega una referencia estable de ~1.25V
• REFADJ (pin 8) — Ajuste fino de la referencia

El potenciómetro (RV1) permite calibrar la sensibilidad del circuito para adaptarlo a diferentes baterías (12V, 9V, 3.7V, etc.).

3. Componentes del diseño

Nota: Los valores específicos de resistencias no están documentados en el repositorio. El diseño usa componentes THT (through-hole) para facilitar el armado en protoboard o PCB.

Layout de pines del LM3914N

        ┌─────┴─────┐
 LED1  1│           │18 LED2
 V-    2│           │17 LED3
 V+    3│  LM3914N  │16 LED4
 RLO   4│           │15 LED5
 SIG   5│           │14 LED6
 RHI   6│           │13 LED7
 REFOUT7│           │12 LED8
 REFADJ8│           │11 LED9
 MODE  9│           │10 LED10
        └───────────┘

4. Diagrama de conexión (descripción textual)

Conexión principal

Fuente DC (batería) ──> J1 (conector 2 pines)
                            │
               ┌────────────┤
               │            │
              GND          SIG (pin 5 LM3914)
                         Entrada de señal
                              │
                    Divisor / potenciómetro RV1
                              │
                     RHI (pin 6) ── REFOUT (pin 7)
                     RLO (pin 4) ── GND

Salida a LEDs

LM3914 pin 1  (LED1) ──> Rlimit ──> D1 (LED) ──> GND
LM3914 pin 18 (LED2) ──> Rlimit ──> D2 (LED) ──> GND
   ...
LM3914 pin 10 (LED10) ──> Rlimit ──> D10 (LED) ──> GND

Modo de visualización

JP1 conectado a V+ (pin 3)  → Modo barra (LEDs acumulativos)
JP1 abierto / conectado a GND → Modo punto (un LED a la vez)

Flujo de datos

Tensión de batería
       │
       ▼
  [Divisor/Potenciómetro RV1]
       │
       ▼ (señal atenuada a SIG)
  [LM3914N]
       │
       ├─ Compara SIG con RHI/RLO
       ├─ Escala internamente a 10 niveles
       │
       ▼
  10 salidas open-collector
       │
       ▼
  LEDs D1–D10
       │
       ▼
  Visualización: barra o punto

5. PCB en KiCad

El diseño de PCB fue realizado en KiCad V7 (formato 20230121). Es una placa de 2 caras con componentes THT.

Características del diseño

• Formato: 2 capas (señal + plano de tierra implícito)
• Ancho de pista predeterminado: 0.2 mm
• Vías: 0.5 mm diámetro, perforación 0.762 mm
• Pads THT: 1.524 × 1.524 mm
• Huecos de montaje: Incluidos para fijación en caja
• Cobertura de solder mask: Limpieza estándar (0 clearance)

Archivos incluidos

Para fabricar la PCB

1. Abrir el proyecto en KiCad 7 o superior
2. Revisar el esquemático y ajustar valores de componentes según necesidad
3. Ir a Archivo → Fabricación → Gerbers
4. Generar los archivos Gerber y taladro
5. Enviar a tu fabricante PCB favorito (JLCPCB, PCBWay, etc.)

6. Caja impresa en 3D

El repositorio incluye dos archivos STL en solido/STL/:

• caja-base.stl — Base de la caja donde se aloja la placa
• caja-tapa.stl — Tapa con abertura para los LEDs

Esto permite tener un producto terminado listo para instalar en un panel, cargador o estación de trabajo. Los agujeros de montaje en la PCB coinciden con la caja.

Recomendaciones de impresión

7. Casos de aplicación reales

7.1 Indicador de batería para cargadores

En un cargador de baterías de plomo-ácido (12V), el LM3914 configurado en modo barra muestra visualmente el progreso de carga:

• LEDs 1-2 → Batería descargada (< 11V)
• LEDs 5-6 → Carga media (~12V)
• LEDs 9-10 → Batería llena (> 12.6V)

7.2 Panel de instrumentos para proyectos DIY

Para un banco de pruebas o fuente de laboratorio casera, el indicador complementa un display digital dando una lectura visual rápida sin necesidad de mirar números.

7.3 Monitoreo de batería LiPo/Li-ion

Ajustando el potenciómetro RV1, se puede escalar el rango de 3.0V a 4.2V para monitorear una celda Li-ion de forma visual. Ideal para drones, power banks o dispositivos portátiles.

7.4 Sistema solar / panel fotovoltaico

Monitoreo del voltaje de la batería en un sistema off-grid pequeño. El indicador montado en la caja impresa se instala junto al controlador de carga para verificación rápida.

7.5 Educativo / Talleres de electrónica

El LM3914 es un integrado didáctico excelente para enseñar:

• Conversión analógica-digital (ADC) conceptual
• Comparadores y escalamiento de voltaje
• Diseño de PCB con KiCad
• Soldadura THT

8. Cómo implementarlo (paso a paso)

Paso 1: Obtén los archivos

git clone https://github.com/picli3/charge_indicator.git
cd charge_indicator

Paso 2: Revisa el esquemático

Abre indicador_de_carga.kicad_sch en KiCad 7+.

Verifica los valores de los componentes. Si tu batería es de 12V, la configuración por defecto debería funcionar. Para otros voltajes, ajusta el potenciómetro o el divisor resistivo.

Paso 3: Genera la PCB o arma en protoboard

• Opción A — PCB: Genera Gerbers y manda a fabricar
• Opción B — Protoboard: Arma el circuito siguiendo el esquemático

Paso 4: Consigue los componentes

Lista de materiales sugerida:

Paso 5: Arma el circuito

1. Conecta la fuente DC al conector J1
2. El voltaje de entrada pasa por el potenciómetro RV1 hacia SIG (pin 5)
3. Configura RHI (pin 6) conectado a REFOUT (pin 7)
4. Configura RLO (pin 4) a GND
5. Conecta los LEDs a las salidas 1-10 con resistencias limitadoras
6. Selecciona modo barra o punto con el jumper JP1

Paso 6: Calibración

1. Aplica el voltaje mínimo que quieras indicar (ej. 10.5V para batería 12V descargada)
2. Ajusta RV1 hasta que solo el LED 1 esté encendido
3. Aplica el voltaje máximo (ej. 14.4V para batería 12V llena)
4. Verifica que el LED 10 se encienda
5. Ajusta si es necesario

Paso 7: Imprime la caja 3D

ls solido/STL/
# caja-base.stl  caja-tapa.stl

Imprime ambas piezas en PLA o PETG. Instala la PCB con tornillos en la base y encaja la tapa.

Paso 8: Prueba final

Conecta la batería y verifica:

• 0V → Ningún LED
• Bajo → LEDs 1-3
• Medio → LEDs 4-7
• Alto/lleno → LEDs 8-10

9. Posibles mejoras

Si quieres extender el proyecto:

• LEDs bicolor: Usa LEDs verdes (1-4), amarillos (5-7), rojos (8-10) para indicación semafórica
• Modo dot con retención: Agrega un 555 para mantener el último nivel
• Alarma sonora: Agrega un buzzer que suene cuando solo quede 1 LED encendido
• Aislamiento óptico: Para monitorear voltajes peligrosos (>24V) usando un optoacoplador
• Salida digital: Agrega un ADC externo (ej. ADS1115) para lectura en ESP32/Arduino
• Versión SMD: Rediseñar con LM3914 en SOIC-18 para un PCB más compacto
• Display de 20 LEDs: Usa dos LM3914 en cascada para mayor resolución

10. Conclusión

charge_indicator es un proyecto de hardware sólido, bien documentado y práctico. Usa el probado LM3914 de una manera sencilla pero efectiva, y agrega valor con el diseño de PCB en KiCad y los STL para caja 3D.

Es ideal para:

• El aficionado que quiere un indicador visual rápido
• El ingeniero que necesita un vistómetro confiable en un cargador o fuente
• El maker que quiere practicar diseño de PCB y modelado 3D
• El docente que busca un proyecto didáctico completo