Tester batérií Arduino s WEB užívateľským rozhraním .: 5 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Elektronické zariadenia dnes používajú záložné batérie na záchranu stavu, v ktorom bola prevádzka ponechaná, keď bolo zariadenie vypnuté alebo keď bolo zariadenie omylom vypnuté. Užívateľ sa po zapnutí vracia do bodu, kde zostal, a tak nemrhá časom ani poradím vykonávania svojich úloh.

Krok 1: Úvod

Robím projekt na meranie stavu batérií s rôznymi kapacitami a napätiami pomocou metódy: Dvojstupňové jednosmerné zaťaženie. Táto metóda spočíva v odoberaní malého prúdu z batérie na 10 sekúnd a vysokého prúdu na 3 sekundy (normy IEC 61951-1: 2005). Z tohto merania sa vypočíta vnútorný odpor a teda jeho stav.

Pracovná stanica bude pozostávať z niekoľkých konektorov, jedného pre každý typ batérie, a počítača. Na to je potrebné používateľské rozhranie (UI). Najdôležitejšou súčasťou tohto tutoriálu je používateľské rozhranie, pretože v iných pokynoch boli popísané tieto metódy testovania batérie. Skúsil som Processing a dosiahol som dobré výsledky, ale rozhodol som sa vytvoriť vlastný softvér pomocou miestneho webového servera a využiť potenciál HTML, CSS a php.

Je známe, že je veľmi ťažké odosielať informácie z Arduina do Windows PC, ale nakoniec sa mi to podarilo. Všetky programy sú súčasťou tohto tutoriálu.

Krok 2: Čo budeme merať a ako

Vnútorný odpor.

Každá skutočná batéria má vnútorný odpor. Vždy predpokladáme, že je to ideálny zdroj napätia, to znamená, že môžeme získať veľa prúdu pri konštantnom nominálnom napätí. Veľkosť batérie, chemické vlastnosti, vek a teplota však ovplyvňujú množstvo prúdu, ktoré je batéria schopná dodávať. Výsledkom je, že môžeme vytvoriť lepší model batérie s ideálnym zdrojom napätia a odporom v sérii, ako je to znázornené na obrázku 1.

Batéria s nízkym vnútorným odporom je schopná dodávať viac prúdu a udržuje sa v chlade, avšak batéria s vysokým odporom spôsobuje, že sa batéria zahrieva a napätie pri záťaži klesá, čo spôsobuje predčasné vypnutie.

Vnútorný odpor je možné vypočítať zo vzťahu prúd-napätie daného dvoma bodmi vo vybíjacej krivke.

Dvojstupňová metóda jednosmerného zaťaženia ponúka alternatívnu metódu použitím dvoch sekvenčných vybíjacích zaťažení rôznych prúdov a časových trvaní. Batéria sa najskôr vybíja nízkym prúdom (0,2 ° C) na 10 sekúnd, potom vyšším prúdom (2 ° C) na 3 sekundy (pozri obrázok 2); Ohmov zákon vypočítava hodnoty odporu. Vyhodnotenie podpisu napätia pri dvoch podmienkach zaťaženia ponúka ďalšie informácie o batérii, ale hodnoty sú prísne odporové a neodhaľujú stav nabitia (SoC) ani odhady kapacity. Záťažový test je preferovanou metódou pre batérie napájajúce jednosmerné napätie.

Ako už bolo uvedené, existuje mnoho spôsobov merania batérií, ktoré sú popísané v iných pokynoch a ktoré je možné implementovať pomocou Arduina, ale v tomto prípade, aj keď neponúka úplné zhodnotenie stavu batérie, poskytuje hodnoty, ktoré je možné slúži na odhad ich budúceho správania.

Vnútorný odpor sa zistí pomocou vzťahu

Kde

Ri = (V1 - V2) / (I2 - I1)

? 1-napätie sa meria pri nízkom prúde a dlhšom časovom období;

? 2-napätie merané počas vysokého prúdu a kratšieho času;

? 1 - Aktuálne počas dlhšieho časového obdobia;

? 2 - Aktuálne počas kratšieho časového obdobia.

Krok 3: Okruh

Obvod je zdrojom prúdu, ktorý čerpá 0,2C (v tomto prípade 4mA) a 2C (v tomto prípade 40mA) z batérií pomocou iba jedného obvodu riadeného signálom PWM od spoločnosti Arduino. Týmto spôsobom je možné merať všetky záložné batérie s C = 20 mAh, bez ohľadu na ich napätie v rozsahu od 1,2 V do 4,8 V a ďalšie batérie s inou kapacitou. V prvej verzii som použil dva tranzistory, každý so záťažou, na odvod 4mA a druhý 40mA. Tento variant nebol vhodný pre budúcnosť, pretože chceli merať iné batérie s rôznymi kapacitami a táto schéma vyžadovala veľký počet odporov a tranzistorov.

Obvod so zdrojom prúdu je znázornený na obr. 3. Frekvencia signálu PWM z pinu 5 dosky Arduino je 940 Hz, preto je Fc dolnopriepustného filtra (LPF) 8 Hz, to znamená, že prvá harmonická Signál PWM (940 Hz) bude zoslabený o 20 dB, pretože RC filtre poskytujú 10 dB útlmu za desaťročie (každých 10 krát Fc - útlm bude 10 dB v 80 Hz a 20 dB v 800 Hz). Tranzistor IRFZ44n je predimenzovaný, pretože v budúcnosti sa budú testovať batérie s vyššou kapacitou. Duálny operačný zosilňovač (OA) LM58n je rozhraním medzi doskou Arduino a IRFZ44n. LPF bol vložený medzi 2 operačné zosilňovače, aby sa zaistilo dobré oddelenie medzi mikroprocesorom a filtrom. Na obr. 3 je kolík A1 Arduina pripojený k zdroju tranzistora IRFZ44n, aby sa skontroloval prúd odoberaný z batérie.

Obvod je zložený z 2 častí, pod doskou Arduino UNO a nad prúdovým zdrojom, ako je znázornené na ďalšej fotografii. Ako vidíte, v tomto obvode nie sú žiadne prepínače ani tlačidlá, nachádzajú sa v používateľskom rozhraní v počítači.

Tento obvod tiež umožňuje merať kapacitu batérie v mAh, pretože má zdroj prúdu a doska Arduino má časovač.

Krok 4: Programy

Ako bolo uvedené vyššie, aplikácia má na jednej strane používateľské rozhranie vytvorené vo formáte HTML, CSS a na druhej strane skicu Arduino. Rozhranie je v tejto chvíli veľmi jednoduché, pretože vykonáva iba meranie vnútorného odporu, v budúcnosti bude vykonávať viac funkcií.

Prvá stránka má rozbaľovací zoznam, z ktorého si užívateľ vyberie napätie batérie, ktorá sa má merať (obr. 4). Program HTML na prvej stránke sa nazýva BatteryTesterInformation.html. Všetky batérie majú kapacitu 20 mAh.

Druhá stránka, BatteryTesterMeasurement.html.

Na druhej strane je batéria pripojená k uvedenému konektoru a spustí sa (tlačidlo ŠTART) meranie. V súčasnosti táto dióda LED nie je súčasťou dodávky, pretože má iba jeden konektor, ale v budúcnosti budú mať viac konektorov.

Po kliknutí na tlačidlo ŠTART sa začne komunikácia s doskou Arduino. Na tej istej stránke sa zobrazuje formulár Výsledky merania, keď doska Arduino odošle výsledky testu batérie a tlačidlá ŠTART a ZRUŠIŤ sú skryté. Tlačidlo SPÄŤ slúži na spustenie testu ďalšej batérie.

Funkciou ďalšieho programu, PhpConnect.php, je spojiť sa s doskou Arduino, prenášať a prijímať údaje z dosiek Arduino a webového servera.

Poznámka: Prenos z PC do Arduina je rýchly, ale prenos z Arduina do PC má oneskorenie 6 sekúnd. Snažím sa vyriešiť túto nepríjemnú situáciu. Každú pomoc si veľmi vážime.

A skica Arduino, BatteryTester.ino.

Keď je výsledný vnútorný odpor 2 -krát väčší ako pôvodný (nová batéria), batéria je zlá. To znamená, že ak má testovaná batéria 10 ohmov alebo viac a podľa špecifikácie by tento druh batérie mal mať 5 ohmov, je táto batéria zlá.

Toto používateľské rozhranie bolo bez problémov testované pomocou serverov FireFox a Google. Nainstaloval som xampp a wampp a v oboch to ide dobre.

Krok 5: Záver

Tento typ vývoja pomocou používateľského rozhrania na počítači má mnoho výhod, pretože umožňuje používateľovi jednoduchšie porozumieť práci, ktorú robí, a tiež vyhnúť sa používaniu drahých komponentov, ktoré vyžadujú mechanickú interakciu, čo ich robí náchylnými na zlomenie.

Ďalším krokom tohto vývoja je pridať konektory a upraviť niektoré časti obvodu na testovanie iných batérií a tiež pridať nabíjačku batérií. Potom bude DPS navrhnutá a objednaná.

Používateľské rozhranie bude mať viac úprav, aby zahŕňalo stránku nabíjačky batérií

Prosím, akýkoľvek nápad, vylepšenie alebo oprava neváhajte komentovať na zlepšenie tejto práce. Na druhej strane, ak máte nejaké otázky, opýtajte sa ma, odpoviem na to čo najskôr.