Provador de bateria Arduino amb interfície d'usuari WEB: 5 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Avui en dia, els equips electrònics utilitzen bateries de seguretat per estalviar l’estat en què es va deixar l’operació quan es va apagar l’equip o quan, per accident, es va apagar l’equip. L'usuari, en activar-se, torna al punt on es va quedar i, per tant, no perd ni el temps ni l'ordre d'execució de les seves tasques.

Pas 1: Introducció

Estic fent un projecte per mesurar l’estat de les bateries amb diferents capacitats i voltatges mitjançant el mètode: càrrega de CC de dos nivells. Aquest mètode consisteix a extreure un petit corrent de la bateria durant 10 segons i un corrent elevat durant 3 segons (normes IEC 61951-1: 2005). A partir d’aquesta mesura es calcula la resistència interna i d’aquí el seu estat.

L'estació de treball constarà de diversos connectors, un per a cada tipus de bateria i un PC. Per a això, cal una interfície d'usuari (IU). La part més important d’aquest tutorial és la interfície d’usuari, ja que en altres instruccions s’han descrit aquests mètodes de prova de la bateria. Vaig provar el processament i vaig obtenir bons resultats, però vaig decidir crear el meu propi programari mitjançant un servidor web local i aprofitar el potencial d'HTML, CSS i php.

Se sap que és molt difícil enviar informació d’Arduino a un PC amb Windows, però al final he tingut èxit. Tots els programes s’inclouen en aquest tutorial.

Pas 2: què mesurarem i com

Resistència interna.

Cada bateria real té una resistència interna. Sempre assumim que és una font de tensió ideal, és a dir, podem obtenir molta intensitat mantenint constant la tensió nominal. Tanmateix, la mida de la bateria, les propietats químiques, l’edat i la temperatura afecten la quantitat de corrent que pot obtenir una bateria. Com a resultat, podem crear un model millor de bateria amb una font de tensió ideal i una resistència en sèrie, tal com es mostra a la figura 1.

Una bateria amb baixa resistència interna és capaç de subministrar més corrent i es manté freda, però, una bateria amb alta resistència fa que la bateria s’escalfi i el voltatge caigui sota càrrega, provocant un apagament anticipat.

La resistència interna es pot calcular a partir de la relació corrent-voltatge donada per dos punts en una corba de descàrrega.

El mètode de càrrega CC de dos nivells ofereix un mètode alternatiu aplicant dues càrregues de descàrrega seqüencials de diferents corrents i durades de temps. La bateria es descarrega primer amb un corrent baix (0,2C) durant 10 segons, seguit d’un corrent més alt (2C) durant 3 segons (vegeu la figura 2); la llei d’Ohm calcula els valors de resistència. L’avaluació de la signatura de tensió en les dues condicions de càrrega ofereix informació addicional sobre la bateria, però els valors són estrictament resistius i no revelen l’estat de càrrega (SoC) ni les estimacions de capacitat. La prova de càrrega és el mètode preferit per a les bateries que alimenten càrregues de CC.

Com s’ha dit anteriorment, hi ha molts mètodes per mesurar les bateries tractades en altres instruccions i que es poden implementar amb l’Arduino, però en aquest cas, tot i que no ofereix una avaluació completa de l’estat de la bateria, dóna valors que es poden solen estimar el seu comportament futur.

La resistència interna es troba utilitzant la relació

On

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

? 1-Voltatge es mesura durant un corrent baix i un instant més llarg;

? 2-Voltatge mesurat durant el corrent alt i l'instant més curt de temps;

? 1 - Corrent durant un instant més llarg;

? 2 - Corrent durant l'instant de temps més curt.

Pas 3: Circuit

El circuit és una font de corrent que treu 0.2C (en aquest cas 4mA) i 2C (en aquest cas 40mA) de les bateries que fan servir només un circuit controlat amb el senyal PWM d’Arduino. D'aquesta manera, es poden mesurar totes les bateries de reserva amb C = 20mAh, independentment del voltatge que oscil·li entre 1,2V i 4,8V i altres bateries amb una capacitat diferent. A la primera versió, he utilitzat dos transistors cadascun amb una càrrega per drenar 4 mA i l’altre 40 mA. Aquesta variant no era adequada per al futur, ja que volien mesurar altres bateries amb capacitats diferents i aquest esquema requeria un gran nombre de resistències i transistors.

El circuit amb una font de corrent es mostra a la figura 3. La freqüència del senyal PWM del pin 5 de la placa Arduino és de 940Hz, per això, el Fc del filtre de pas baix (LPF) és de 8 Hz, vol dir que el primer harmònic de El senyal PWM (940Hz) s’atenuarà a 20 dB perquè els filtres RC proporcionen 10 dB d’atenuació per dècada (cada 10 vegades la Fc - l’atenuació serà de 10 dB a 80Hz i 20dB a 800Hz). El transistor IRFZ44n és de grans dimensions perquè, en el futur, es provaran bateries de major capacitat. El LM58n, amplificador operacional dual (OA), és la interfície entre la placa Arduino i l’IRFZ44n. El LPF es va inserir entre els 2 amplificadors operatius per garantir un bon desacoblament entre el microprocessador i el filtre. A la figura 3, el pin A1 d'Arduino està connectat a la font del transistor IRFZ44n per comprovar el corrent extret de la bateria.

El circuit es compon de 2 parts, sota la placa Arduino UNO i sobre la font actual, tal com es mostra a la següent foto. Com podeu veure, en aquest circuit no hi ha commutadors ni botons, estan a la interfície d’usuari del PC.

Aquest circuit també permet mesurar la capacitat de la bateria en mAh, ja que té una font de corrent i la placa Arduino té un temporitzador.

Pas 4: Programes

Com s'ha esmentat anteriorment, l'aplicació té, en un costat, una interfície d'usuari feta amb HTML, CSS i, en l'altre costat, l'esbós d'Arduino. La interfície és extremadament senzilla, de moment, ja que només executa la mesura de la resistència interna, en el futur realitzarà més funcions.

La primera pàgina té una llista desplegable, des d’on l’usuari selecciona el voltatge de la bateria que es vol mesurar (Fig. 4). El programa HTML de la primera pàgina s’anomena BatteryTesterInformation.html. Totes les bateries tenen una capacitat de 20 mAh.

Segona pàgina, BatteryTesterMeasurement.html.

A la segona pàgina, la bateria està connectada al connector indicat i comença (botó INICI) la mesura. De moment, aquest led no està inclòs perquè només té un connector, però en el futur tindran més connectors.

Un cop es fa clic al botó INICI, comença la comunicació amb la placa Arduino. En aquesta mateixa pàgina, es mostra el formulari Resultats de la mesura quan la placa Arduino envia els resultats de la prova de la bateria i s’oculten els botons INICI i CANCEL·LAR. El botó TORNAR s’utilitza per començar la prova d’una altra bateria.

La funció del següent programa, PhpConnect.php, és connectar-se amb la placa Arduino, transmetre i rebre dades de les plaques Arduino i del servidor web.

Nota: La transmissió des del PC a Arduino és ràpida, però la transmissió des del PC a Arduino té un retard de 6 segons. Intento resoldre aquesta molesta situació. Si us plau, qualsevol ajuda és molt agraïda.

I l’esbós d’Arduino, BatteryTester.ino.

Quan la resistència interna resultant és 2 vegades més gran que la inicial (bateria nova), la bateria és deficient. És a dir, si la bateria que es prova té 10 ohms o més i, segons les especificacions, aquest tipus de bateria hauria de tenir 5 Ohms, la bateria està malament.

Aquesta interfície d’usuari s’ha provat amb FireFox i Google sense problemes. He instal·lat xampp i wampp i funciona bé a tots dos.

Pas 5: Conclusió

Aquest tipus de desenvolupament que utilitza una interfície d’usuari al PC té molts avantatges perquè permet a l’usuari una comprensió més fàcil del treball que realitza, així com evitar l’ús de components cars que requereixen una interacció mecànica, cosa que els fa susceptibles a trencaments.

El següent pas d’aquest desenvolupament és afegir connectors i modificar algunes parts del circuit per provar altres bateries i afegir un carregador de bateries també. Després, es dissenyarà i ordenarà el PCB.

La IU tindrà més modificacions per incloure la pàgina del carregador de bateria

Si us plau, qualsevol idea, millora o correcció no dubti a comentar per millorar aquest treball. D’altra banda, si teniu alguna pregunta, pregunteu-me, us respondré el més ràpid possible.