Индикатор заряда батареи на Arduino: схема и программа

В нашей повседневной жизни достаточно часто возникают ситуации, когда нам необходимо (желательно) измерить уровень заряда интересующей нас батареи. Поэтому в данной статье мы рассмотрим проект простого индикатора заряда батареи на основе платы Arduino, который будет показывать уровень заряда батареи с помощью столбчатой диаграммы на светодиодах, а также высвечивать его на экране ЖК дисплея.

Необходимые компоненты

Плата Arduino Uno (купить на AliExpress).
10-сегментная столбчатая диаграмма на светодиодах (10 Segment LED Bar Graph) (купить на AliExpress).
ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
Потенциометр 10 кОм (купить на AliExpress).
Резисторы (100 Ом – 10 шт., 330 Ом – 1 шт.) (купить на AliExpress).
Батарея (которую будем тестировать).
Соединительные провода.
Адаптер на 12 В (для питания Arduino).

Реклама: ООО "АЛИБАБА.КОМ (РУ)" ИНН: 7703380158

Работа схемы

Схема рассматриваемого нами индикатора заряда батареи представлена на следующем рисунке.

Столбчатая диаграмма (индикатор) на светодиодах (LED Bar Graph)

Столбчатые индикаторы на светодиодах изготавливаются стандартных промышленных размеров и отличаются низким энергопотреблением. Они классифицируются по интенсивности свечения. Использованный нами индикатор рассчитан на рабочее напряжение до 2,6 В, а рассеяние мощности на один сегмент составляет 65 мВт. Диапазон рабочих температур индикатора: от -40℃ до 80℃. Подобные светодиодные индикаторы находят широкое применение в разнообразных электронных устройствах.

Распиновка подобного индикатора представлена на следующих рисунках.

Объяснение программы для Arduino

Полный текст программы для Arduino приведен в конце статьи, здесь же рассмотрим его основные фрагменты.

Сначала в программе нам необходимо подключить библиотеку для работы с ЖК дисплеем, а также сказать плате Arduino, к каким ее контактам подключен ЖК дисплей. Измеряемая батарейка одним концом подключается к корпусу, а другим – к аналоговому контакту A4 платы Arduino. Мы будем использовать переменную типа Float для хранения значения измеренного на батарейке напряжения чтобы обеспечить точность измерений до двух знаков после запятой.

#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = 12, en = 13, d4 = A0, d5 = A1, d6 = A2, d7 = A3;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d0, d1, d2, d3);
const int analogPin = A4;
float analogValue;
float input_voltage;

#include <LiquidCrystal.h>

const int rs = 12, en = 13, d4 = A0, d5 = A1, d6 = A2, d7 = A3;

LiquidCrystal lcd(rs, en, d0, d1, d2, d3);

const int analogPin = A4;

float analogValue;

float input_voltage;

Для работы со светодиодным индикатором инициализируем массив.

int ledPins[] = {
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11
};       // номера контактов, к которым подключены светодиоды индикатора
int pinCount = 10;           // количество задействованных контактов (длина массива)

int ledPins[] = {

2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11

}; // номера контактов, к которым подключены светодиоды индикатора

int pinCount = 10; // количество задействованных контактов (длина массива)

Установим режим работы контактов.

void setup()
{
   Serial.begin(9600);     //  инициализируем последовательный порт для работы на скорости 9600 бод/с
   lcd.begin(16, 2);       // инициализируем ЖК дисплей 16х2
   pinMode(A0,OUTPUT);
   pinMode(A1,OUTPUT);
   pinMode(A2,OUTPUT);
   pinMode(A3,OUTPUT);
   pinMode(A4,INPUT);
   lcd.print("Voltage Level");
}

void setup()

{

Serial.begin(9600); // инициализируем последовательный порт для работы на скорости 9600 бод/с

lcd.begin(16, 2); // инициализируем ЖК дисплей 16х2

pinMode(A0,OUTPUT);

pinMode(A1,OUTPUT);

pinMode(A2,OUTPUT);

pinMode(A3,OUTPUT);

pinMode(A4,INPUT);

lcd.print("Voltage Level");

}

Запрограммируем функцию для работы со светодиодным индикатором. Можно, конечно, включать светодиоды в индикаторе по одному, но тогда код программы станет немного длиннее.

void LED_function(int stage)
{
     for (int j=2; j<=11; j++)
   {
    digitalWrite(j,LOW);
   }
   for (int i=1, l=2; i<=stage; i++,l++)
   {
    digitalWrite(l,HIGH);
    //delay(30);
   }
}

void LED_function(int stage)

{

for (int j=2; j<=11; j++)

{

digitalWrite(j,LOW);

}

for (int i=1, l=2; i<=stage; i++,l++)

{

digitalWrite(l,HIGH);

//delay(30);

}

В следующем фрагменте программы мы считываем значение напряжения с контакта A4 и конвертируем его в цифровое значение с помощью аналогово-цифрового преобразования (АЦП), и затем отображаем его на экране ЖК дисплея.

// формула для преобразования напряжения
   analogValue = analogRead (A4);
   Serial.println(analogValue);
   delay (1000);
   input_voltage = (analogValue * 5.0) / 1024.0;
   lcd.setCursor(0, 1);
   lcd.print("Voltage= ");
   lcd.print(input_voltage);
   Serial.println(input_voltage);
   delay(100);

// формула для преобразования напряжения

analogValue = analogRead (A4);

Serial.println(analogValue);

delay (1000);

input_voltage = (analogValue * 5.0) / 1024.0;

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Voltage= ");

lcd.print(input_voltage);

Serial.println(input_voltage);

delay(100);

Запишем условия для отображения уровня заряда батареи на светодиодном индикаторе:

if (input_voltage < 0.50 && input_voltage >= 0.00 )
{
digitalWrite(2, HIGH);
delay (30);
digitalWrite(2, LOW);
delay (30);       // когда напряжение равно нулю или близко к нулю 1-й светодиод индикатора будет мигать
}
else if (input_voltage < 1.00 && input_voltage >= 0.50)
{
LED_function(2);
}
else if (input_voltage < 1.50 && input_voltage >= 1.00)
{
LED_function(3);
}
else if (input_voltage < 2.00 && input_voltage >= 1.50)
{
LED_function(4);
}
else if (input_voltage < 2.50 && input_voltage >= 2.00)
{
LED_function(5);
}
else if (input_voltage < 3.00 && input_voltage >= 2.50)
{
LED_function(6);
}
else if (input_voltage < 3.50 && input_voltage >= 3.00)
{
LED_function(7);
}
else if (input_voltage < 4.00 && input_voltage >= 3.50)
{
LED_function(8);
}
else if (input_voltage < 4.50 && input_voltage >= 4.00)
{
LED_function(9);
}
else if (input_voltage < 5.00 && input_voltage >= 4.50)
{
LED_function(10);
}
}

if (input_voltage < 0.50 && input_voltage >= 0.00 )

{

digitalWrite(2, HIGH);

delay (30);

digitalWrite(2, LOW);

delay (30); // когда напряжение равно нулю или близко к нулю 1-й светодиод индикатора будет мигать

}

else if (input_voltage < 1.00 && input_voltage >= 0.50)

{

LED_function(2);

}

else if (input_voltage < 1.50 && input_voltage >= 1.00)

{

LED_function(3);

}

else if (input_voltage < 2.00 && input_voltage >= 1.50)

{

LED_function(4);

}

else if (input_voltage < 2.50 && input_voltage >= 2.00)

{

LED_function(5);

}

else if (input_voltage < 3.00 && input_voltage >= 2.50)

{

LED_function(6);

}

else if (input_voltage < 3.50 && input_voltage >= 3.00)

{

LED_function(7);

}

else if (input_voltage < 4.00 && input_voltage >= 3.50)

{

LED_function(8);

}

else if (input_voltage < 4.50 && input_voltage >= 4.00)

{

LED_function(9);

}

else if (input_voltage < 5.00 && input_voltage >= 4.50)

{

LED_function(10);

}

Работа проекта

Принцип работы нашего индикатора заряда батареи достаточно прост. Напряжение с выхода батареи считывается аналоговым контактом A4 платы Arduino и конвертируется в цифровое значение с помощью АЦП. Разрешение АЦП платы Arduino составляет 10 бит, поэтому на его выходе диапазон возможных значений составляет от 0 до 1023. То есть чтобы получить цифровое значение входного напряжения, мы значение с выхода АЦП должны умножить на (5/1024). Более подробно об АЦП в Arduino можно прочитать в этой статье. Затем это цифровое значение напряжения используется для того, чтобы зажечь соответствующие светодиоды в составе светодиодного индикатора.

Исходный код программы

#include <LiquidCrystal.h>
const int rs = 12, en = 13, d0 = A0, d1 = A1, d2 = A2, d3 = A3;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d0, d1, d2, d3);
const int analogPin = A4;
float analogValue;
float input_voltage;
int ledPins[] = {
2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 
};       // номера контактов, к которым подключены светодиоды индикатора
int pinCount = 10;           // количество задействованных контактов (длина массива)
void setup()
{
   Serial.begin(9600);     //  инициализируем последовательный порт для работы на скорости 9600 бод/с
   lcd.begin(16, 2);       // инициализируем ЖК дисплей 16х2
   pinMode(A0,OUTPUT);
   pinMode(A1,OUTPUT);
   pinMode(A2,OUTPUT);
   pinMode(A3,OUTPUT);
   pinMode(A4,INPUT);
   lcd.print("Voltage Level");
   
}
void LED_function(int stage)
{
     for (int j=2; j<=11; j++)
   {
    digitalWrite(j,LOW);
   }
   for (int i=1, l=2; i<=stage; i++,l++)
   {
    digitalWrite(l,HIGH);
    //delay(30);
   }
   
}
void loop()
{
//  формула для преобразования напряжения
   analogValue = analogRead (A4);
   Serial.println(analogValue);
   delay (1000); 
   input_voltage = (analogValue * 5.0) / 1024.0;
   lcd.setCursor(0, 1);
   lcd.print("Voltage= ");
   lcd.print(input_voltage);
   Serial.println(input_voltage);
   delay(100);
if (input_voltage < 0.50 && input_voltage >= 0.00 )
{
digitalWrite(2, HIGH);
delay (30);
digitalWrite(2, LOW);
delay (30); // когда напряжение равно нулю или близко к нулю 1-й светодиод индикатора будет мигать
}
else if (input_voltage < 1.00 && input_voltage >= 0.50)
{
LED_function(2);
}
else if (input_voltage < 1.50 && input_voltage >= 1.00)
{
LED_function(3);
}
else if (input_voltage < 2.00 && input_voltage >= 1.50)
{
LED_function(4);
}
else if (input_voltage < 2.50 && input_voltage >= 2.00)
{
LED_function(5);
}
else if (input_voltage < 3.00 && input_voltage >= 2.50)
{
LED_function(6);
}
else if (input_voltage < 3.50 && input_voltage >= 3.00)
{
LED_function(7);
}
else if (input_voltage < 4.00 && input_voltage >= 3.50)
{
LED_function(8);
}
else if (input_voltage < 4.50 && input_voltage >= 4.00)
{
LED_function(9);
}
else if (input_voltage < 5.00 && input_voltage >= 4.50)
{
LED_function(10);
}
}