Tester baterii Arduino z interfejsem użytkownika WEB.: 5 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Dzisiaj sprzęt elektroniczny wykorzystuje zapasowe baterie, aby zachować stan, w którym praca została przerwana, gdy sprzęt został wyłączony lub przypadkowo został wyłączony. Użytkownik po włączeniu powraca do punktu, w którym przebywał, nie tracąc w ten sposób ani czasu, ani kolejności wykonywania swoich zadań.

Krok 1: Wprowadzenie

Wykonuję projekt pomiaru stanu akumulatorów o różnych pojemnościach i napięciach metodą: Dwupoziomowe obciążenie DC. Ta metoda polega na pobieraniu małego prądu z akumulatora przez 10 sekund i dużego prądu przez 3 sekundy (normy IEC 61951-1: 2005). Z tego pomiaru obliczana jest rezystancja wewnętrzna, a tym samym jej stan.

Stacja robocza będzie się składać z kilku złączy, po jednym dla każdego typu baterii, oraz komputera PC. W tym celu niezbędny jest interfejs użytkownika (UI). Najważniejszą częścią tego samouczka jest interfejs użytkownika, ponieważ w innych instrukcjach opisano te metody testowania baterii. Próbowałem Processing i osiągnąłem dobre wyniki, ale postanowiłem stworzyć własne oprogramowanie przy użyciu lokalnego serwera WWW i wykorzystać potencjał HTML, CSS i php.

Wiadomo, że bardzo trudno jest przesłać informacje z Arduino do komputera z systemem Windows, ale w końcu się udało. Wszystkie programy są zawarte w tym samouczku.

Krok 2: Co i jak będziemy mierzyć?

Wewnętrzny opór.

Każda prawdziwa bateria ma wewnętrzny opór. Zawsze zakładamy, że jest to idealne źródło napięcia, to znaczy możemy uzyskać duży prąd utrzymując stałe napięcie nominalne. Jednak rozmiar baterii, właściwości chemiczne, wiek i temperatura mają wpływ na ilość prądu, jaki bateria jest w stanie dostarczyć. W rezultacie możemy stworzyć lepszy model baterii z idealnym źródłem napięcia i rezystorem połączonym szeregowo, jak pokazano na rys. 1.

Akumulator o niskiej rezystancji wewnętrznej jest w stanie dostarczyć więcej prądu i pozostaje zimny, jednak akumulator o wysokiej rezystancji powoduje nagrzewanie się akumulatora i spadek napięcia pod obciążeniem, powodując wczesne wyłączenie.

Rezystancję wewnętrzną można obliczyć z zależności prąd-napięcie podanej przez dwa punkty na krzywej rozładowania.

Dwupoziomowa metoda obciążenia DC oferuje alternatywną metodę, stosując dwa sekwencyjne obciążenia rozładowania o różnych prądach i czasie trwania. Akumulator najpierw rozładowuje się niskim prądem (0,2C) przez 10 sekund, a następnie wyższym prądem (2C) przez 3 sekundy (patrz Rysunek 2); prawo Ohma oblicza wartości rezystancji. Ocena sygnatury napięcia w dwóch warunkach obciążenia zapewnia dodatkowe informacje o akumulatorze, ale wartości są ściśle rezystancyjne i nie ujawniają stanu naładowania (SoC) ani oszacowań pojemności. Test obciążenia jest preferowaną metodą dla akumulatorów zasilających obciążenia DC.

Jak już wcześniej wspomniano, istnieje wiele metod pomiaru akumulatorów traktowanych w innych instrukcjach, które można zaimplementować w Arduino, ale w tym przypadku, chociaż nie oferuje pełnej oceny stanu akumulatora, podaje wartości, które można wykorzystywane do oszacowania ich przyszłego zachowania.

Opór wewnętrzny wyznacza się za pomocą zależności

Gdzie

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

a1-napięcie jest mierzone podczas niskiego prądu i dłuższej chwili;

2-napięcie mierzone podczas wysokiego prądu i krótszej chwili;

?1 - Prąd w dłuższym czasie;

?2 - Prąd w krótszej chwili.

Krok 3: Obwód

Układ jest źródłem prądowym pobierającym 0,2C (w tym przypadku 4mA) i 2C (w tym przypadku 40mA) z akumulatorów za pomocą tylko jednego układu sterowanego sygnałem PWM z Arduino. W ten sposób można zmierzyć wszystkie akumulatory zapasowe o pojemności C=20mAh, niezależnie od ich napięcia w zakresie od 1,2V do 4,8V oraz inne akumulatory o innej pojemności. W pierwszej wersji użyłem dwóch tranzystorów każdy z obciążeniem do odprowadzania 4mA a drugi 40mA. Ten wariant nie był odpowiedni na przyszłość, ponieważ chcieli mierzyć inne akumulatory o różnych pojemnościach, a ten schemat wymagał dużej liczby rezystorów i tranzystorów.

Układ ze źródłem prądowym pokazano na rys. 3. Częstotliwość sygnału PWM z pinu 5 płytki Arduino wynosi 940Hz, dlatego Fc filtra dolnoprzepustowego (LPF) wynosi 8Hz, co oznacza, że pierwsza harmoniczna Sygnał PWM (940Hz) będzie tłumiony o 20dB, ponieważ filtry RC zapewniają tłumienie 10dB na dekadę (co 10 razy Fc – tłumienie będzie 10dB przy 80Hz i 20dB przy 800Hz). Tranzystor IRFZ44n jest przewymiarowany, ponieważ w przyszłości będą testowane akumulatory o większej pojemności. LM58n, podwójny wzmacniacz operacyjny (OA), jest interfejsem między płytą Arduino a IRFZ44n. Filtr LPF został umieszczony między 2 wzmacniaczami operacyjnymi, aby zapewnić dobre odsprzęgnięcie między mikroprocesorem a filtrem. Na rys.3 pin A1 Arduino jest podłączony do źródła tranzystora IRFZ44n, aby sprawdzić prąd pobierany z akumulatora.

Obwód składa się z 2 części, poniżej płytki Arduino UNO i nad źródłem prądu, jak pokazano na następnym zdjęciu. Jak widać, w tym układzie nie ma ani przełączników, ani przycisków, są w UI w pc.

Układ ten umożliwia również pomiar pojemności akumulatora w mAh, ponieważ ma źródło prądu, a płytka Arduino ma timer.

Krok 4: Programy

Jak wspomniano powyżej, aplikacja ma z jednej strony interfejs użytkownika stworzony za pomocą HTML, CSS, a z drugiej strony szkic Arduino. Interfejs jest na razie niezwykle prosty, ponieważ wykonuje tylko pomiar rezystancji wewnętrznej, w przyszłości będzie pełnił więcej funkcji.

Na pierwszej stronie znajduje się rozwijana lista, z której użytkownik wybiera napięcie mierzonej baterii (rys. 4). Pierwsza strona programu HTML nazywa się BatteryTesterInformation.html. Wszystkie baterie mają pojemność 20 mAh.

Druga strona, BatteryTesterMeasurement.html.

Na drugiej stronie podłączamy akumulator do wskazanego złącza i rozpoczynamy (przycisk START) pomiar. Na razie ta dioda nie jest dołączona, ponieważ ma tylko jedno złącze, ale w przyszłości będą miały więcej złącz.

Po kliknięciu przycisku START rozpoczyna się komunikacja z płytką Arduino. Na tej samej stronie formularz wyników pomiarów jest wyświetlany, gdy płyta Arduino wysyła wyniki testu baterii, a przyciski START i CANCEL są ukryte. Przycisk WSTECZ służy do rozpoczęcia testu innej baterii.

Zadaniem kolejnego programu, PhpConnect.php, jest połączenie z płytką Arduino, przesyłanie i odbieranie danych z płyt Arduino oraz serwera WWW.

Uwaga: Transmisja z PC do Arduino jest szybka, ale transmisja z Arduino do PC ma opóźnienie 6 sekund. Próbuję rozwiązać tę irytującą sytuację. Proszę, każda pomoc jest bardzo mile widziana.

I szkic Arduino, BatteryTester.ino.

Gdy wypadkowa rezystancja wewnętrzna jest 2 razy większa niż początkowa (nowa bateria), bateria jest uszkodzona. Oznacza to, że jeśli testowana bateria ma 10 omów lub więcej, a zgodnie ze specyfikacją ten rodzaj baterii powinien mieć 5 omów, to bateria jest zła.

Ten interfejs użytkownika został bezproblemowo przetestowany z FireFoxem i Google. Zainstalowałem xampp i WAMPP i działa dobrze w obu.

Krok 5: Wniosek

Ten rodzaj programowania przy użyciu interfejsu użytkownika na komputerze ma wiele zalet, ponieważ pozwala użytkownikowi na łatwiejsze zrozumienie wykonywanej pracy, a także uniknięcie stosowania kosztownych komponentów, które wymagają mechanicznej interakcji, co czyni je podatnymi na uszkodzenia.

Następnym krokiem tego rozwoju jest dodanie złączy i zmodyfikowanie niektórych części obwodu w celu przetestowania innych akumulatorów, a także dodanie ładowarki do akumulatorów. Następnie zostanie zaprojektowana i zamówiona płytka PCB.

Interfejs użytkownika będzie miał więcej modyfikacji, aby uwzględnić stronę ładowarki baterii

Proszę o każdy pomysł, ulepszenie lub korektę nie wahaj się komentować, aby ulepszyć tę pracę. Z drugiej strony, jeśli masz jakieś pytania, zapytaj mnie, odpowiem tak szybko, jak będę mógł.