Top 33 아두 이노 배터리 잔량 측정 The 34 New Answer

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리튬이온배터리 용량 테스터기 / 배터리 수명 확인하는 방법 / 내 배터리 상태확인

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배터리를 사용하는 아두이노 프로젝트에 배터리 잔량 표시하기

Article author: kwonkyo.tistory.com
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배터리를 사용하는 아두이노 프로젝트에 배터리 잔량 표시하기

리튬 폴리머 배터리를 사용해서 휴대용으로 만들어 본 미세먼지 측정기에 배터리 잔량을 표시하는 기능을 추가하였습니다. 배터리가 얼마나 남아있는지 알 수가 없었기 때문에 들고나갔다가 갑자기 꺼져버리게 되면 요즘은 micro-USB 단자를 충전할 수 있는 곳이 없기 때문에 난감해집니다.

그래서 아두이노에 아날로그 단자를 이용해서 배터리 전압을 확인하고 이를 통해서 간접적으로 배터리 잔량을 알 수 있도록 하는 기능을 추가 하였습니다. 배터리 전압을 측정하기 위한 아날로그 핀 사용 방법에 대해서는 아래 링크의 글 참고해 주세요.

하드웨어

기존에 만들어둔 프로젝트에서 베터리 “+”단자를 하나 분기해서 아두이노 A2 단자에 연결시켜 주었습니다. 그리고 Aref와 5V 단자를 연결해주는 라인도 추가적으로 구성되어 있는데 이건 큰 의미가 없기 대문에 생략해도 되겠습니다.

소프트웨어

Nextion 디자인 수정

배터리를 표시하기 위해서 Nextion UI에 우측 상단에 배터리 모양의 그래픽을 추가하였습니다. 대충 배터리 모양처럼 생겼죠?! ㅎ

새로 만든 그림으로 배경화면을 교체하고 배터리 잔량을 수치로 표시하기 위해서 HMI에 숫자 객체를 추가하였습니다. objactname은 “bat”로 설정했어요.

수정된 HMI파일을 컴파일해서 Nextion에 업로드합니다.

펌웨어 수정

마지막으로 아두이노의 펌웨어를 수정하겠습니다.

먼저 배터리의 완전 충전 시와 완전 방전 시의 전압 레벨을 알아야 하는데요. 이전에 제가 리튬폴리머 전지와 충방전 모듈에 대해서 공부한 결과(kwonkyo.tistory.com/369)에 따르면 4.2V에서 완전 충전이 되고 2.75V까지 방전을 허용한다고 하였기 때문에 100% 완전 충전은 4.2V로 하고 0%는 배터리 과방전 보호를 위해서 3V로 설정하기로 하였습니다.

이를 바탕으로 측정 전압값의 상한과 하한 그리고 배터리 잔량을 기억할 전역 변수를 다음과 같이 정의하였습니다.

// 배터리 확인용 #define batt_max 860 // 860/1024*5 = 4.199 #define batt_min 615 // 615/102*5 = 3.00 int vl = 0; // 배터리 전압 [V] int bl = 0; // 배터리 충전율 [%]
그리고 연결할 Nextion 객체에 새로 추가한 “bat”를 추가해 주었습니다.

/// page0 – main NexButton bMicrobe = NexButton(0, 1, “bMicrobe”); NexButton bTimetimer = NexButton(0, 2, “bTimetimer”); NexNumber tBtt = NexNumber(0, 3, “bat”); /// page1 – microbe NexButton b0 = NexButton(1, 5, “b0”); NexText tPM1_0 = NexText(1, 2, “tPM1_0”); NexText tPM2_5 = NexText(1, 3, “tPM2_5”); NexText tPM10_0 = NexText(1, 4, “tPM10_0”); NexWaveform sPMS = NexWaveform(1, 1, “sPMS”); NexButton bTest = NexButton(1, 6, “bTest”); NexNumber tBtt = NexNumber(1, 7, “bat”); /// page2 – timetimer NexButton b1 = NexButton(2, 1, “b1”); NexNumber tBtt = NexNumber(2, 11, “bat”);

잔량을 확인하는 로직은 다음과 같이 간단하게 만들어 봤습니다. analogRead() 함수로 읽어 들인 값을 4.2~3V 값 사이의 비율로 전환한 값을 반환하는 함수인 “BattCheck()”이라는 함수를 만들었고 메인 Loop에서 한 번씩 호출해서 그때그때 배터리 잔량이 표시되도록 하였습니다.

// 배터리 잔량 확인 함수 int BattCheck() { vl=analogRead(2); bl=map(vl,batt_min,batt_max,0,100); if (vlbatt_max) bl=100; return bl; } void loop() { SerialForNex.listen(); nexLoop(nex_event_list); // Nextion에서 발생하는 이벤트를 전달 switch (menu_selector) { case 1: // 미세먼지 측정기 모드 if (millis() – started >= 2000) // 2초간격으로 측정 { started = millis(); // 타이머기준 리셋 Serial.println(“This is Microbe mode”); UpdatePMS(); // 미세먼지관련 함수 호출 tBtt2.setValue(BattCheck()); } break; //~~~~~~~~~~~ 이후 생략 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~

아래 사진은 배터리 잔량이 표시되고 있는 사진입니다.

그런데 좀 더 실질적으로 활용하기 위해서는 몇 가지 개선해야 할 부분들은 있습니다. 실제로 배터리 전압은 기기의 구동 상태에 따라 민감하게 변할 수 있습니다. 따라서 배터리 잔량이 수 % 수준에서 계속 오르내리는 모습을 보여주는데 특정 시간 간격을 두고 반복 측정한 값을 평균 내서 화면에 표시를 해주던가 하는 방법으로 사용해야 할 것 같습니다.

그리고 충방전 모듈의 완충/완방 전압이 4.2, 2.75V라고 알고 있었지만 배터리의 상태에 따라 달라질 수 있는 것인지 이번에 다시 확인해 본 결과로는 완충 시 약 4V 완방 시는 최대 2.5V까지 떨어지는 현상을 확인했습니다. 그리고 전압이 낮을수록 전압이 떨어지는 속도가 점점 빨라지는 것 같은 느낌을 받았는데 전압과 배터리 잔량이 완전 선형 비례가 아니기 때문이 아닌가 싶었습니다. 배터리 잔량을 좀 더 정확하게 확인하기 위해서는 이런 여러 가지 요소들을 고려해서 배터리 잔량을 표현하는 로직을 만들 필요가 있을 것 같습니다.

끝!

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아두이노 배터리량 체크

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아두이노 어레이키트를 이용하여 전압/ 퍼센트를 표시합니다.

아두이노를 이용하여 배터리 전압 측정으로 배터리 잔량을 체크합니다.

프로그래밍

보드의 전압을 체크하여 LCD 에 표시합니다.

위 표를 이용하여 전압에 따른 퍼센트를 표시합니다.

float arduVolt = 4.86;// 아두이노 전압 멀티메터 실측치 float r_1K = 975.0;//1K옴 저항 실측치 float r_3K = 3265.0;//1K옴 저항 실측치 float r_4K = (r_1K + r_3K+ 100); // 4270.0;// 총 저항 #include #include LiquidCrystal_I2C lcd(0x27, 16, 2); // LCD I2C 주소를설정한다. 16칸2줄LCD 사용 // 0x27 대신 스캐닝 된 주소를 넣는다. void setup() { lcd.init(); lcd.backlight(); // 백라이트를켠다. (lcd.noBacklight() 는 백라이트 끈다.) lcd.write(12); // put your setup code here, to run once: Serial.begin(9600); } #define MAX_NUM_BATTERY_PERCENT_NUM 10 float battery_voltage_percent_array[MAX_NUM_BATTERY_PERCENT_NUM] = { 11.51, // < 10 11.66, // < 20 11.81, // < 30 11.96, // < 40 12.10, // < 50 12.24, // < 60 12.37, // < 70 12.50, // < 80 12.62, // < 90 12.73, // < 100 }; void loop() { lcd.clear(); // 화면을 지운다. // put your main code here, to run repeatedly: int v_1k = analogRead(A0);// 0-1023 Serial.print(v_1k); Serial.print(','); float volt_1k = arduVolt * v_1k /(1024);//A0에서의 전압 환산 Serial.print(volt_1k); Serial.print(','); float i = volt_1k/r_1K;//1K옴 저항에서 전류 계산 float volt_4k = i * r_4K;//옴 법칙에 의해 배터리 전압 계산 Serial.print(volt_4k); Serial.print(','); char temp[32] = { 0x00, }; sprintf(temp, "VOLTAGE %02d.%02d V", (int)volt_4k, (int)(volt_4k*100)%100); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print(temp); // 읽은 문자를 LCD에 써라. float percent = 0; for(int i = 0; i < MAX_NUM_BATTERY_PERCENT_NUM; i++) { if(battery_voltage_percent_array[i] < volt_4k) { percent = (i + 1) * 10; } } Serial.print(percent); Serial.println("%"); sprintf(temp, "BATTERY %02d.%02d %%", (int)percent, (int)(percent*100)%100); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print(temp); // 읽은 문자를 LCD에 써라. delay(1 * 1000); } https://steemit.com/kr/@codingart/22 참조사이트 https://steemit.com/kr/@codingart/22 참조사이트 배터리용량과 전압과의 상관관계 https://joonnoh.net/2013/02/11/%EC%9E%90%EB%8F%99%EC%B0%A8%EC%9A%A9-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC%EC%99%80-%EB%B3%B4%EC%A1%B0%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC%EC%97%90-%EB%8C%80%ED%95%9C-%EC%83%81%EC%8B%9D%EC%A0%95%EB%A6%AC/ 납축전지에 관하여 자세하게 설명되어 있습니다. https://m.blog.naver.com/jhkim6363/220322893381 [Arduino Maker] 아두이노 배터리 잔량 측정 표시기 샘플(Arduino battery check/Arduino project) https://www.youtube.com/watch?v=LBM4gkWrU3U 건전지 배터리 용량 체크 https://www.youtube.com/watch?v=AA17Le0nPsA

이 게시물에서는 Arduino 기반 배터리 잔량 표시기를 구성 할 것입니다. 여기에서 일련의 6 개 LED가 배터리 잔량을 표시합니다. 12V 배터리의 모니터링 및 유지 관리에 관심이 있다면이 회로가 유용 할 수 있습니다.

배터리 수준 모니터링이 중요한 이유

모든 배터리에는 방전에 대한 특정 전압 제한이 있으며, 규정 된 제한을 초과하면 배터리의 수명이 크게 감소합니다.

전자 애호가이기 때문에 우리 모두는 프로토 타입 회로를 테스트하기위한 배터리를 가지고있을 수 있습니다. 실험 중에 프로토 타입에 집중하기 때문에 배터리에 대한 관심이 적습니다.

제안 배터리 충전기 회로는 배터리에 얼마나 많은 에너지가 남아 있는지 보여줍니다.이 회로는 회로를 프로토 타이핑하는 동안 배터리에 연결될 수 있습니다. 이 회로가 배터리 부족을 나타내면 배터리를 충전 할 수 있습니다. 회로에는 6 개의 LED가 있으며 한 번에 하나의 LED가 켜져 배터리의 전압 수준을 나타냅니다.

배터리가 가득 차면 가장 왼쪽에있는 LED가 켜지고 배터리가 방전되었거나 곧 꺼질 경우 가장 오른쪽에있는 LED가 켜집니다.

작동 원리

회로는 Arduino가 입력 전압을 샘플링하는 데 도움이되는 전위 분배기 인 시스템의 두뇌 인 Arduino로 구성됩니다. 미리 설정된 저항은 위의 설정을 보정하는 데 사용됩니다. 일련의 6 개의 LED는 배터리 수준을 나타냅니다.

LED 표시기 보정

LED와 배터리 잔량 간의 관계는 다음과 같습니다.

LED1 – 100 % ~ 80 %

LED2 – 80 % ~ 60 %

LED3 – 60 % ~ 40 %

LED4-40 % ~ 20 %

LED5 – 20 % ~ 5 %

LED6-<5% (charge your battery) Arduino는 12.70V에서 11.90V까지의 좁은 전압 범위를 측정합니다. 완전히 충전 된 배터리는 충전기에서 분리 한 후 12.70V 이상의 전압을 가져야합니다. 12V 밀폐형 납축 배터리의 경우 낮은 배터리 전압이 11.90V 아래로 내려 가지 않아야합니다. 저자의 프로토 타입 : 프로그램 코드 : //--------Program developed by R.Girish---------// int analogInput = 0 int f=2 int e=3 int d=4 int c=5 int b=6 int a=7 int s=13 float vout = 0.0 float vin = 0.0 float R1 = 100000 float R2 = 10000 int value = 0 void setup() { Serial.begin(9600) pinMode(analogInput,INPUT) pinMode(s,OUTPUT) pinMode(a,OUTPUT) pinMode(b,OUTPUT) pinMode(c,OUTPUT) pinMode(d,OUTPUT) pinMode(e,OUTPUT) pinMode(f,OUTPUT) digitalWrite(s,LOW) digitalWrite(a,HIGH) delay(500) digitalWrite(b,HIGH) delay(500) digitalWrite(c,HIGH) delay(500) digitalWrite(d,HIGH) delay(500) digitalWrite(e,HIGH) delay(500) digitalWrite(f,HIGH) delay(500) digitalWrite(a,LOW) digitalWrite(b,LOW) digitalWrite(c,LOW) digitalWrite(d,LOW) digitalWrite(e,LOW) digitalWrite(f,LOW) } void loop() { value = analogRead(analogInput) vout = (value * 5.0) / 1024 vin = vout / (R2/(R1+R2)) Serial.println('Input Voltage = ') Serial.println(vin) if(vin>12.46) {digitalWrite(a,HIGH)}

else { digitalWrite(a,LOW)}

if(vin12.28) {digitalWrite(b,HIGH)}

else { digitalWrite(b,LOW)}

if(vin12.12) {digitalWrite(c,HIGH)}

else { digitalWrite(c,LOW)}

if(vin11.98) {digitalWrite(d,HIGH)}

else { digitalWrite(d,LOW)}

if(vin11.90){digitalWrite(e,HIGH)}

else {digitalWrite(e,LOW)}

if(vin<=11.90) {digitalWrite(f,HIGH)} else {digitalWrite(f,LOW)} delay(2000) } //--------Program developed by R.Girish---------// 회로 설정 방법 : 이 Arduino 6 LED 배터리 잔량 표시기 회로에 대한 보정은 신중하게 수행해야합니다. 올바르게 보정하지 않으면 회로에 배터리의 잘못된 전압 수준이 표시됩니다. 회로를 켜면 LED 테스트로 시작하여 LED가 약간의 지연과 함께 순차적으로 켜집니다. 이는 LED를 배열하는 동안 오류를 디버그하는 데 도움이 될 수 있습니다. 1) 가변 전원 공급 장치의 전압을 정확하게 12.50V로 설정합니다. 2) 직렬 모니터를 엽니 다. 3) 미리 설정된 저항을 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 돌리고 판독 값을 12.50V로 가져옵니다. 4) 이제 가변 전원 공급 장치를 12.00V로 줄이면 직렬 모니터의 판독 값이 동일하거나 12.00V에 매우 가깝게 표시됩니다. 5) 이제 전압을 13.00V로 높이면 직렬 모니터의 판독 값도 동일하거나 매우 가깝게 표시됩니다. 6) 전압을 높이거나 낮출 때 동시에 각 LED가 서로 다른 전압 레벨로 켜지거나 꺼져 야합니다. 위의 단계가 성공적으로 완료되면 배터리 잔량 표시 회로가 의도 한 목적을 충족 할 준비가됩니다. 자동 차단 추가 위에서 설명한 Arduino 배터리 잔량 표시기 회로는 자동 배터리 완전 충전 차단 기능을 포함하여 더욱 향상 될 수 있습니다. 다음 그림은 기존 설계에서이를 구현하는 방법을 보여줍니다.

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