Testador de bateria Arduino com interface de usuário WEB: 5 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

Hoje, os equipamentos eletrônicos utilizam baterias de reserva para salvar o estado em que ficou a operação quando o equipamento foi desligado ou, por acidente, o equipamento foi desligado. O usuário, ao ligar, retorna ao ponto em que ficou e assim não perde tempo nem a ordem de execução de suas tarefas.

Etapa 1: Introdução

Estou fazendo um projeto para medir o estado de baterias com diferentes capacidades e tensões usando o método: Carga CC de duas camadas. Este método consiste em extrair uma pequena corrente da bateria por 10 segundos e uma alta corrente por 3 segundos (padrões IEC 61951-1: 2005). A partir dessa medição, a resistência interna é calculada e, portanto, seu estado.

A estação de trabalho será composta por vários conectores, um para cada tipo de bateria e um PC. Para isso, é necessária uma interface de usuário (IU). A parte mais importante deste tutorial é a IU, pois em outros instructables foram descritos esses métodos de teste de bateria. Tentei Processing e obtive bons resultados, mas decidi fazer meu próprio software usando um servidor web local e aproveitar o potencial de HTML, CSS e php.

É sabido que é muito difícil enviar informações do Arduino para um PC com Windows, mas no final consegui. Todos os programas estão incluídos neste tutorial.

Etapa 2: O que iremos medir e como

Resistencia interna.

Cada bateria real tem uma resistência interna. Sempre assumimos que se trata de uma fonte de tensão ideal, ou seja, podemos obter muita corrente mantendo a tensão nominal constante. No entanto, o tamanho da bateria, as propriedades químicas, a idade e a temperatura afetam a quantidade de corrente que uma bateria é capaz de fornecer. Como resultado, podemos criar um modelo melhor de uma bateria com uma fonte de tensão ideal e um resistor em série, como mostrado na Fig. 1.

Uma bateria com baixa resistência interna é capaz de fornecer mais corrente e se mantém fria, no entanto, uma bateria com alta resistência faz com que a bateria aqueça e a tensão caia sob carga, provocando um desligamento precoce.

A resistência interna pode ser calculada a partir da relação corrente-tensão dada por dois pontos em uma curva de descarga.

O método de carga CC de duas camadas oferece um método alternativo ao aplicar duas cargas de descarga sequenciais de diferentes correntes e durações de tempo. A bateria descarrega primeiro com uma corrente baixa (0,2 ° C) por 10 segundos, seguida por uma corrente mais alta (2 ° C) por 3 segundos (consulte a Figura 2); a lei de Ohm calcula os valores de resistência. A avaliação da assinatura da tensão nas duas condições de carga oferece informações adicionais sobre a bateria, mas os valores são estritamente resistivos e não revelam o estado da carga (SoC) ou as estimativas de capacidade. O teste de carga é o método preferido para baterias que alimentam cargas CC.

Como afirmado anteriormente, existem muitos métodos de medição de baterias tratados em outros instrutíveis e que podem ser implementados com o Arduino, mas neste caso, embora não ofereça uma avaliação completa do estado da bateria, fornece valores que podem ser usado para estimar seu comportamento futuro.

A resistência interna é encontrada usando a relação

Onde

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

? 1-A tensão é medida durante baixa corrente e mais longo instante de tempo;

? 2-Tensão medida durante a alta corrente e menor instante de tempo;

? 1 - Corrente durante um instante de tempo mais longo;

? 2 - Corrente durante o menor instante de tempo.

Etapa 3: circuito

O circuito é uma fonte de corrente que consome 0,2C (neste caso 4mA) e 2C (neste caso 40mA) de baterias usando apenas um circuito controlado com o sinal PWM do Arduino. Desta forma é possível medir todas as baterias de backup com C = 20mAh, independente de sua tensão na faixa de 1,2V a 4,8V e outras baterias com capacidades diferentes também. Na primeira versão, usei dois transistores, cada um com uma carga para drenar 4mA e o outro 40mA. Essa variante não era apropriada para o futuro, pois eles queriam medir outras baterias com capacidades diferentes e esse esquema exigia um grande número de resistores e transistores.

O circuito com fonte de corrente é mostrado na Fig. 3. A frequência do sinal PWM do pino 5 da placa Arduino é de 940 Hz, por isso, o Fc do Filtro Passa Baixo (LPF) é de 8 Hz, significa que o primeiro harmônico de O sinal PWM (940Hz) será atenuado em 20dB porque os filtros RC fornecem 10 dB de atenuação por década (a cada 10 vezes o Fc - a atenuação será de 10dB em 80Hz e 20dB em 800Hz). O transistor IRFZ44n é superdimensionado porque, no futuro, baterias de maior capacidade serão testadas. O LM58n, amplificador operacional duplo (OA), é a interface entre a placa Arduino e o IRFZ44n. O LPF foi inserido entre os 2 amplificadores operacionais para garantir um bom desacoplamento entre o microprocessador e o filtro. Na Fig.3, o pino A1 do Arduino é conectado à fonte do transistor IRFZ44n para verificar a corrente consumida da bateria.

O circuito é composto por 2 partes, abaixo da placa Arduino UNO e acima da fonte de corrente, conforme mostrado na foto a seguir. Como você pode ver neste circuito não há interruptores nem botões, eles estão na IU do pc.

Este circuito também permite medir a capacidade da bateria em mAh, pois ela possui uma fonte de corrente e a placa Arduino possui um temporizador.

Etapa 4: Programas

Conforme mencionado acima, o aplicativo possui, de um lado, uma IU feita em HTML, CSS e, do outro lado, o sketch do Arduino. A interface é extremamente simples, por enquanto, pois apenas executa a medição da resistência interna, futuramente executará mais funções.

A primeira página possui uma lista suspensa, a partir da qual o usuário seleciona a tensão da bateria a ser medida (Fig. 4). O programa HTML de primeira página é denominado BatteryTesterInformation.html. Todas as baterias têm capacidade de 20mAh.

Segunda página, BatteryTesterMeasurement.html.

Na segunda página, a bateria é conectada ao conector indicado e inicia (botão START) a medição. De momento este led não está incluído porque tem apenas um conector mas, futuramente, terão mais conectores.

Uma vez que o botão START é clicado, a comunicação com a placa Arduino começa. Nesta mesma página, o formulário de resultados de medição é mostrado quando a placa Arduino envia os resultados do teste de bateria e os botões INICIAR e CANCELAR ficam ocultos. O botão VOLTAR é usado para iniciar o teste de outra bateria.

A função do próximo programa, PhpConnect.php, é conectar-se à placa Arduino, transmitir e receber dados das placas Arduino e do servidor web.

Nota: A transmissão do PC para o Arduino é rápida, mas a transmissão do Arduino para o PC tem um atraso de 6 segundos. Estou tentando resolver essa situação irritante. Por favor, qualquer ajuda é muito apreciada.

E o esboço do Arduino, BatteryTester.ino.

Quando a resistência interna resultante é 2 vezes maior que a inicial (bateria nova), a bateria está ruim. Ou seja, se a bateria em teste tiver 10 Ohms ou mais e, por especificação, esse tipo de bateria deveria ter 5 Ohms, essa bateria está ruim.

Esta IU foi testada com FireFox e Google sem problemas. Instalei o xampp e o wampp e funciona bem em ambos.

Etapa 5: Conclusão

Este tipo de desenvolvimento utilizando uma interface de usuário no PC apresenta muitas vantagens, pois permite ao usuário um entendimento mais fácil do trabalho que está realizando, além de evitar o uso de componentes caros que requerem interação mecânica, o que os torna suscetíveis a quebras.

A próxima etapa deste desenvolvimento é adicionar conectores e modificar algumas partes do circuito para testar outras baterias e adicionar um carregador de bateria também. Depois disso, o PCB será projetado e encomendado.

A IU terá mais modificações para incluir a página do carregador de bateria

Por favor, qualquer ideia, melhoria ou correção não hesite em comentar para melhorar este trabalho. Por outro lado, se você tiver alguma dúvida, pergunte-me, responderei o mais rápido que puder.