Tester baterií Arduino s WEB uživatelským rozhraním .: 5 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Elektronická zařízení dnes pomocí záložních baterií zachraňují stav, ve kterém byla operace ponechána, když bylo zařízení vypnuto nebo když bylo zařízení vypnuto náhodou. Uživatel se po zapnutí vrací do bodu, kde zůstal, a neztrácí tak čas ani pořadí plnění svých úkolů.

Krok 1: Úvod

Dělám projekt na měření stavu baterií s různými kapacitami a napětími pomocí metody: Dvouúrovňové stejnosměrné zatížení. Tato metoda spočívá v odběru malého proudu z baterie po dobu 10 sekund a vysokého proudu po dobu 3 sekund (normy IEC 61951-1: 2005). Z tohoto měření se vypočítá vnitřní odpor a tím i jeho stav.

Pracovní stanice se bude skládat z několika konektorů, jednoho pro každý typ baterie a počítače. K tomu je nutné uživatelské rozhraní (UI). Nejdůležitější částí tohoto kurzu je uživatelské rozhraní, protože v jiných instruktabilech byly popsány tyto metody testování baterie. Zkoušel jsem Processing a dosáhl dobrých výsledků, ale rozhodl jsem se vytvořit vlastní software pomocí místního webového serveru a využít potenciál HTML, CSS a php.

Je známo, že je velmi obtížné posílat informace z Arduina do Windows PC, ale nakonec jsem uspěl. Všechny programy jsou součástí tohoto kurzu.

Krok 2: Co budeme měřit a jak

Vnitřní odpor.

Každá skutečná baterie má vnitřní odpor. Vždy předpokládáme, že je to ideální zdroj napětí, to znamená, že můžeme získat mnoho proudu při zachování konstantního jmenovitého napětí. Velikost baterie, chemické vlastnosti, stáří a teplota však ovlivňují množství proudu, které je baterie schopna dodávat. V důsledku toho můžeme vytvořit lepší model baterie s ideálním zdrojem napětí a odporem v sérii, jak ukazuje obr.

Baterie s nízkým vnitřním odporem je schopna dodávat více proudu a udržuje chlad, baterie s vysokým odporem však způsobí zahřátí baterie a pokles napětí pod zátěží, což způsobí předčasné vypnutí.

Vnitřní odpor lze vypočítat ze vztahu proud-napětí daného dvěma body ve vybíjecí křivce.

Dvouúrovňová metoda stejnosměrného zatížení nabízí alternativní metodu použitím dvou sekvenčních vybíjecích zátěží různých proudů a časových dob. Baterie se nejprve vybíjí nízkým proudem (0,2 ° C) po dobu 10 sekund, poté následuje vyšší proud (2 ° C) po dobu 3 sekund (viz obrázek 2); Ohmův zákon vypočítává hodnoty odporu. Vyhodnocení podpisu napětí za dvou podmínek zatížení nabízí další informace o baterii, ale hodnoty jsou přísně odporové a neodhalují stav nabití (SoC) ani odhady kapacity. Zátěžový test je upřednostňovanou metodou pro baterie napájející stejnosměrné zátěže.

Jak již bylo uvedeno výše, existuje mnoho metod měření baterií zpracovaných v jiných instruktážních programech, které lze implementovat pomocí Arduina, ale v tomto případě, i když nenabízí úplné posouzení stavu baterie, poskytuje hodnoty, které mohou být slouží k odhadu jejich budoucího chování.

Vnitřní odpor se zjistí pomocí relace

Kde

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

? 1-napětí se měří během nízkého proudu a delšího časového okamžiku;

? 2-napětí měřeno během vysokého proudu a kratšího časového okamžiku;

? 1 - Aktuální během delšího okamžiku;

? 2 - Aktuální během kratšího okamžiku.

Krok 3: Okruh

Obvod je zdrojem proudu, který čerpá 0,2C (v tomto případě 4mA) a 2C (v tomto případě 40mA) z baterií pomocí pouze jednoho obvodu ovládaného signálem PWM z Arduina. Tímto způsobem je možné měřit všechny záložní baterie s C = 20 mAh, bez ohledu na jejich napětí v rozmezí od 1,2 V do 4,8 V a další baterie s jinou kapacitou. V první verzi jsem použil dva tranzistory každý se zátěží k odběru 4mA a druhý 40mA. Tato varianta nebyla pro budoucnost vhodná, protože chtěli měřit jiné baterie s různými kapacitami a toto schéma vyžadovalo velký počet rezistorů a tranzistorů.

Obvod se zdrojem proudu je znázorněn na obr. 3. Frekvence signálu PWM z pinu 5 desky Arduino je 940 Hz, proto je Fc dolní propusti (LPF) 8 Hz, to znamená, že první harmonická Signál PWM (940 Hz) bude zeslaben o 20 dB, protože RC filtry poskytují 10 dB útlum za desetiletí (každých 10krát Fc - útlum bude 10 dB v 80 Hz a 20 dB v 800 Hz). Tranzistor IRFZ44n je předimenzovaný, protože v budoucnu budou testovány baterie s větší kapacitou. LM58n, duální operační zesilovač (OA), je rozhraním mezi deskou Arduino a IRFZ44n. LPF byl vložen mezi 2 operační zesilovače, aby bylo zajištěno dobré oddělení mezi mikroprocesorem a filtrem. Na obr. 3 je pin A1 Arduina připojen ke zdroji tranzistoru IRFZ44n, aby se zkontroloval proud odebíraný z baterie.

Obvod je složen ze 2 částí, pod deskou Arduino UNO a nad aktuálním zdrojem, jak ukazuje následující fotografie. Jak vidíte, v tomto obvodu nejsou ani přepínače, ani tlačítka, jsou v uživatelském rozhraní v počítači.

Tento obvod také umožňuje měřit kapacitu baterie v mAh, protože má zdroj proudu a deska Arduino má časovač.

Krok 4: Programy

Jak bylo uvedeno výše, aplikace má na jedné straně uživatelské rozhraní vytvořené pomocí HTML, CSS a na druhé straně skicu Arduino. Rozhraní je prozatím extrémně jednoduché, protože provádí pouze měření vnitřního odporu, v budoucnu bude provádět více funkcí.

Na první stránce je rozevírací seznam, ze kterého si uživatel vybere napětí baterie, která se má měřit (obr. 4). Program HTML na první stránce se nazývá BatteryTesterInformation.html. Všechny baterie mají kapacitu 20 mAh.

Druhá stránka, BatteryTesterMeasurement.html.

Na druhé stránce je baterie připojena k uvedenému konektoru a zahájí (tlačítko START) měření. V tuto chvíli tato LED není zahrnuta, protože má pouze jeden konektor, ale v budoucnu budou mít více konektorů.

Po kliknutí na tlačítko START začne komunikace s deskou Arduino. Na této stejné stránce se zobrazí formulář Výsledky měření, když deska Arduino odešle výsledky testu baterie a tlačítka START a ZRUŠIT jsou skryta. Tlačítko ZPĚT slouží k zahájení testu jiné baterie.

Funkce dalšího programu, PhpConnect.php, je spojit se s deskou Arduino, přenášet a přijímat data z desek Arduino a webového serveru.

Poznámka: Přenos z PC do Arduina je rychlý, ale přenos z Arduina do PC má zpoždění 6 sekund. Snažím se tuto nepříjemnou situaci vyřešit. Jakákoli pomoc je velmi ceněna.

A skica Arduino, BatteryTester.ino.

Pokud je výsledný vnitřní odpor 2krát větší než původní (nová baterie), je baterie špatná. To znamená, že pokud má testovaná baterie 10 ohmů nebo více a podle specifikace by tento typ baterie měl mít 5 ohmů, je tato baterie špatná.

Toto uživatelské rozhraní bylo testováno s FireFox a Google bez problémů. Nainstaloval jsem xampp a wampp a v obou běží dobře.

Krok 5: Závěr

Tento typ vývoje pomocí uživatelského rozhraní na PC má mnoho výhod, protože umožňuje uživateli snazší porozumění práci, kterou dělá, a také vyhýbání se používání drahých komponent, které vyžadují mechanickou interakci, což je činí náchylnými k přerušení.

Dalším krokem tohoto vývoje je přidání konektorů a úprava některých částí obvodu pro testování jiných baterií a také přidání nabíječky baterií. Poté bude PCB navržena a objednána.

Uživatelské rozhraní bude mít více úprav, aby zahrnovalo stránku nabíječky baterií

Prosím, jakýkoli nápad, vylepšení nebo oprava neváhejte komentovat za účelem vylepšení této práce. Na druhou stranu, pokud máte nějaké otázky, zeptejte se mě, odpovím vám tak rychle, jak budu moci.