Δοκιμαστής μπαταρίας Arduino με διεπαφή χρήστη WEB .: 5 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

Σήμερα, ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός χρησιμοποιεί εφεδρικές μπαταρίες για να σώσει την κατάσταση στην οποία είχε παραμείνει η λειτουργία όταν ο εξοπλισμός ήταν απενεργοποιημένος ή όταν, κατά τύχη, ο εξοπλισμός ήταν απενεργοποιημένος. Ο χρήστης, όταν ενεργοποιείται, επιστρέφει στο σημείο που έμεινε και έτσι δεν χάνει ούτε χρόνο ούτε τη σειρά εκτέλεσης των καθηκόντων του.

Βήμα 1: Εισαγωγή

Κάνω ένα έργο για τη μέτρηση της κατάστασης των μπαταριών με διαφορετική χωρητικότητα και τάση χρησιμοποιώντας τη μέθοδο: Φόρτιση DC δύο επιπέδων. Αυτή η μέθοδος συνίσταται στην άντληση μικρού ρεύματος από την μπαταρία για 10 δευτερόλεπτα και υψηλού ρεύματος για 3 δευτερόλεπτα (πρότυπα IEC 61951-1: 2005). Από αυτή τη μέτρηση υπολογίζεται η εσωτερική αντίσταση και επομένως η κατάστασή της.

Ο σταθμός εργασίας θα αποτελείται από πολλούς συνδέσμους, έναν για κάθε τύπο μπαταρίας και έναν υπολογιστή. Για αυτό, είναι απαραίτητη μια διεπαφή χρήστη (UI). Το πιο σημαντικό μέρος αυτού του σεμιναρίου είναι το περιβάλλον χρήστη, διότι σε άλλες οδηγίες έχουν περιγραφεί αυτές οι μέθοδοι δοκιμής μπαταρίας. Δοκίμασα την επεξεργασία και πήρα καλά αποτελέσματα, αλλά αποφάσισα να φτιάξω το δικό μου λογισμικό χρησιμοποιώντας έναν τοπικό διακομιστή ιστού και να εκμεταλλευτώ τις δυνατότητες HTML, CSS και php.

Είναι γνωστό ότι είναι πολύ δύσκολο να στείλω πληροφορίες από το Arduino σε υπολογιστή με Windows, αλλά τελικά, τα κατάφερα. Όλα τα προγράμματα περιλαμβάνονται σε αυτό το σεμινάριο.

Βήμα 2: Τι θα μετρήσουμε και πώς

Εσωτερική Αντίσταση.

Κάθε πραγματική μπαταρία έχει εσωτερική αντίσταση. Υποθέτουμε πάντα ότι είναι μια ιδανική πηγή τάσης, δηλαδή μπορούμε να πάρουμε πολύ ρεύμα διατηρώντας την ονομαστική τάση σταθερή. Ωστόσο, το μέγεθος της μπαταρίας, οι χημικές ιδιότητες, η ηλικία και η θερμοκρασία όλα επηρεάζουν την ποσότητα ρεύματος που είναι σε θέση να παράγει μια μπαταρία. Ως αποτέλεσμα, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα καλύτερο μοντέλο μπαταρίας με ιδανική πηγή τάσης και αντίσταση σε σειρά, όπως φαίνεται στο σχήμα 1.

Μια μπαταρία με χαμηλή εσωτερική αντίσταση είναι σε θέση να παρέχει περισσότερο ρεύμα και διατηρείται κρύο, ωστόσο, μια μπαταρία με υψηλή αντίσταση προκαλεί τη θέρμανση της μπαταρίας και την πτώση της τάσης υπό φορτίο, προκαλώντας πρόωρο κλείσιμο.

Η εσωτερική αντίσταση μπορεί να υπολογιστεί από τη σχέση ρεύματος-τάσης που δίνεται από δύο σημεία σε μια καμπύλη εκφόρτισης.

Η μέθοδος φόρτισης DC δύο επιπέδων προσφέρει μια εναλλακτική μέθοδο εφαρμόζοντας δύο διαδοχικά φορτία εκκένωσης διαφορετικών ρευμάτων και χρονικών διάρκειας. Η μπαταρία εκφορτίζεται πρώτα σε χαμηλό ρεύμα (0,2C) για 10 δευτερόλεπτα, ακολουθούμενο από υψηλότερο ρεύμα (2C) για 3 δευτερόλεπτα (βλ. Εικόνα 2). ο νόμος του Ohm υπολογίζει τις τιμές αντίστασης. Η αξιολόγηση της υπογραφής τάσης υπό τις δύο συνθήκες φόρτισης προσφέρει πρόσθετες πληροφορίες σχετικά με την μπαταρία, αλλά οι τιμές είναι αυστηρά ανθεκτικές και δεν αποκαλύπτουν την κατάσταση φόρτισης (SoC) ή εκτιμήσεις χωρητικότητας. Η δοκιμή φόρτωσης είναι η προτιμώμενη μέθοδος για μπαταρίες που τροφοδοτούν φορτία DC.

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, υπάρχουν πολλές μέθοδοι μέτρησης μπαταριών που χρησιμοποιούνται σε άλλες οδηγίες και μπορούν να εφαρμοστούν με το Arduino, αλλά σε αυτή την περίπτωση, αν και δεν προσφέρει πλήρη εκτίμηση της κατάστασης της μπαταρίας, δίνει τιμές που μπορεί να χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της μελλοντικής τους συμπεριφοράς.

Η εσωτερική αντίσταση εντοπίζεται χρησιμοποιώντας τη σχέση

Οπου

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

? 1-Η τάση μετριέται κατά τη διάρκεια χαμηλού ρεύματος και μεγαλύτερου χρόνου.

2 2-Τάση που μετράται κατά τη διάρκεια του υψηλού ρεύματος και μικρότερο χρονικό διάστημα.

? 1 - Ρεύμα σε μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.

2 - Ρεύμα κατά τη μικρότερη χρονική στιγμή.

Βήμα 3: Κύκλωμα

Το κύκλωμα είναι μια τρέχουσα πηγή που αντλεί 0.2C (στην περίπτωση αυτή 4mA) και 2C (στην περίπτωση αυτή 40mA) από μπαταρίες χρησιμοποιώντας μόνο ένα κύκλωμα που ελέγχεται με το σήμα PWM από το Arduino. Με αυτόν τον τρόπο είναι δυνατή η μέτρηση όλων των εφεδρικών μπαταριών με C = 20mAh, ανεξάρτητα από την τάση τους στην περιοχή από 1,2V έως 4,8V και άλλες μπαταρίες με διαφορετική χωρητικότητα επίσης. Στην πρώτη έκδοση, χρησιμοποίησα δύο τρανζίστορ το καθένα με φορτίο για την αποστράγγιση 4mA και το άλλο 40mA. Αυτή η παραλλαγή δεν ήταν κατάλληλη για το μέλλον, επειδή ήθελαν να μετρήσουν άλλες μπαταρίες με διαφορετική χωρητικότητα και αυτό το σχήμα απαιτούσε μεγάλο αριθμό αντιστάσεων και τρανζίστορ.

Το κύκλωμα με πηγή ρεύματος φαίνεται στο Σχ. 3. Η συχνότητα του σήματος PWM από την ακίδα 5 της πλακέτας Arduino είναι 940Hz, γι 'αυτό και το Fc του Low Pass Filter (LPF) είναι 8 Hz, σημαίνει ότι η πρώτη αρμονική Το σήμα PWM (940Hz) θα εξασθενίσει 20dB επειδή τα φίλτρα RC παρέχουν 10 dB εξασθένησης ανά δεκαετία (κάθε 10 φορές το Fc - η εξασθένηση θα είναι 10dB στα 80Hz και 20dB στα 800Hz). Το τρανζίστορ IRFZ44n είναι υπερμεγέθη επειδή, στο μέλλον, θα δοκιμαστούν μπαταρίες μεγαλύτερης χωρητικότητας. Ο LM58n, διπλός ενισχυτής λειτουργίας (OA), είναι η διασύνδεση μεταξύ της πλακέτας Arduino και του IRFZ44n. Το LPF εισήχθη μεταξύ των 2 λειτουργικών ενισχυτών για να εξασφαλιστεί μια καλή αποσύνδεση μεταξύ του μικροεπεξεργαστή και του φίλτρου. Στο Σχ.3, ο ακροδέκτης Α1 του Arduino συνδέεται με την πηγή του τρανζίστορ IRFZ44n για να ελέγξει το ρεύμα που αντλεί από την μπαταρία.

Το κύκλωμα αποτελείται από 2 μέρη, κάτω από τον πίνακα Arduino UNO και πάνω από την τρέχουσα πηγή, όπως φαίνεται στην επόμενη φωτογραφία. Όπως μπορείτε να δείτε, σε αυτό το κύκλωμα δεν υπάρχουν ούτε διακόπτες ούτε κουμπιά, βρίσκονται στο περιβάλλον χρήστη του υπολογιστή.

Αυτό το κύκλωμα επιτρέπει επίσης τη μέτρηση της χωρητικότητας της μπαταρίας σε mAh, καθώς έχει πηγή ρεύματος και ο πίνακας Arduino διαθέτει χρονοδιακόπτη.

Βήμα 4: Προγράμματα

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η εφαρμογή έχει, στη μία πλευρά, ένα περιβάλλον εργασίας χρήστη κατασκευασμένο με HTML, CSS και, στην άλλη πλευρά, το σκίτσο του Arduino. Η διεπαφή είναι εξαιρετικά απλή, προς το παρόν, επειδή εκτελεί μόνο τη μέτρηση της εσωτερικής αντίστασης, στο μέλλον θα εκτελεί περισσότερες λειτουργίες.

Η πρώτη σελίδα έχει μια αναπτυσσόμενη λίστα, από όπου ο χρήστης επιλέγει την τάση της μπαταρίας που θα μετρηθεί (Εικ. 4). Το πρόγραμμα HTML της πρώτης σελίδας, ονομάζεται BatteryTesterInformation.html. Όλες οι μπαταρίες έχουν χωρητικότητα 20mAh.

Δεύτερη σελίδα, BatteryTesterMeasurement.html.

Στη δεύτερη σελίδα, η μπαταρία είναι συνδεδεμένη στον υποδεικνυόμενο σύνδεσμο και ξεκινήστε (κουμπί START) τη μέτρηση. Προς το παρόν, αυτό το led δεν περιλαμβάνεται επειδή έχει μόνο έναν σύνδεσμο, αλλά, στο μέλλον, θα έχουν περισσότερους συνδετήρες.

Μόλις πατηθεί το κουμπί ΕΝΑΡΞΗ, ξεκινά η επικοινωνία με τον πίνακα Arduino. Σε αυτήν την ίδια σελίδα, εμφανίζεται η φόρμα Αποτελέσματα μέτρησης όταν ο πίνακας Arduino στέλνει τα αποτελέσματα της δοκιμής μπαταρίας και τα κουμπιά START και CANCEL είναι κρυμμένα. Το κουμπί BACK χρησιμοποιείται για την έναρξη της δοκιμής μιας άλλης μπαταρίας.

Η λειτουργία του επόμενου προγράμματος, PhpConnect.php, είναι η σύνδεση με τον πίνακα Arduino, τη μετάδοση και τη λήψη δεδομένων από πίνακες Arduino και διακομιστή ιστού.

Σημείωση: Η μετάδοση από υπολογιστή στο Arduino είναι γρήγορη, αλλά η μετάδοση από το Arduino στον υπολογιστή έχει καθυστέρηση 6 δευτερολέπτων. Προσπαθώ να λύσω αυτήν την ενοχλητική κατάσταση. Παρακαλώ, κάθε βοήθεια εκτιμάται ιδιαίτερα.

Και το σκίτσο Arduino, BatteryTester.ino.

Όταν η εσωτερική αντίσταση που προκύπτει είναι 2 φορές μεγαλύτερη από την αρχική (νέα μπαταρία), η μπαταρία είναι κακή. Δηλαδή, εάν η υπό δοκιμή μπαταρία έχει 10 Ohms ή περισσότερα και, σύμφωνα με τις προδιαγραφές, αυτό το είδος μπαταρίας πρέπει να έχει 5 Ohms, αυτή η μπαταρία είναι κακή.

Αυτό το περιβάλλον χρήστη δοκιμάστηκε με FireFox και Google χωρίς προβλήματα. Εγκατέστησα το xampp και το wampp και λειτουργεί καλά και στα δύο.

Βήμα 5: Συμπέρασμα

Αυτός ο τύπος ανάπτυξης με τη χρήση μιας διεπαφής χρήστη στον υπολογιστή έχει πολλά πλεονεκτήματα επειδή επιτρέπει στον χρήστη να κατανοήσει ευκολότερα τη δουλειά που κάνει καθώς και να αποφύγει τη χρήση ακριβών εξαρτημάτων που απαιτούν μηχανική αλληλεπίδραση, γεγονός που τους καθιστά επιρρεπείς σε διακοπές.

Το επόμενο βήμα αυτής της εξέλιξης είναι η προσθήκη συνδετήρων και η τροποποίηση ορισμένων τμημάτων του κυκλώματος για δοκιμή άλλων μπαταριών και η προσθήκη φορτιστή μπαταρίας επίσης. Μετά από αυτό, το PCB θα σχεδιαστεί και παραγγελθεί.

Το περιβάλλον χρήστη θα έχει περισσότερες τροποποιήσεις ώστε να περιλαμβάνει τη σελίδα του φορτιστή μπαταρίας

Παρακαλώ, οποιαδήποτε ιδέα, βελτίωση ή διόρθωση μην διστάσετε να σχολιάσετε για να βελτιώσετε αυτό το έργο. Από την άλλη πλευρά, εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, ρωτήστε με, θα σας απαντήσω όσο πιο γρήγορα μπορώ.