Medir a tensão do seu painel solar, UPS e outras baterias de uso diário consome muito tempo. Pegar o multímetro, abrir as caixas da bateria e tocar os dois cabos do multímetro nos terminais da bateria exige algum esforço. Que tal desenvolver um sistema IoT eficiente por meio do qual você possa ver o status da sua bateria em navegadores de desktop e dispositivos móveis?
Vamos começar e fazer este projeto DIY, pois desenvolveremos um sistema IoT que pode monitorar o status da bateria e nos atualizar em nosso navegador. Precisaremos de algum circuito/dispositivo/controlador que possa medir a tensão com eficácia.
Um dispositivo WiFi que pode se conectar ao WiFi doméstico local faz a leitura da tensão do controlador e atualiza o usuário final sobre o nível atual da bateria. Para tanto, decidi utilizar o módulo NodeMCU WiFi no projeto. Ele não só pode funcionar como um controlador, mas também pode se conectar a uma rede WiFi como um servidor ou cliente. O circuito de monitoramento da bateria é um circuito divisor de tensão tradicional. Vou medir baterias de 12 volts. O circuito pode ser modificado para medir baterias de 24 volts e ainda mais conjuntos de baterias paralelas de 48 volts.
Funcionamento e cálculos do divisor de tensão
NodeMCU é um dispositivo minúsculo; funciona em 3,3 volts. Como está funcionando em 3,3 volts, seus pinos podem fornecer e drenar apenas 3,3 volts. Uma tensão superior a 5 volts pode explodir o pino ou fritar o NodeMCU. No nosso caso, queremos medir uma bateria de 12 volts, e o NodeMCU ADC (conversor analógico para digital) só pode aceitar 3,3 volts. Precisamos jogar com inteligência aqui. Dividiremos a tensão entre dois resistores e mediremos a única tensão em um resistor, e a tensão restante do resistor será calculada matematicamente. Um circuito divisor de tensão típico e uma fórmula são fornecidos abaixo.
Divisor de tensão com circuito de bateria
Agora vamos calcular os valores de Rtop e Rbottom. Aqui precisamos que algumas considerações importantes sejam levadas a sério.
- Resistores de baixo ohm podem consumir muita corrente e os fios podem ser aquecidos instantaneamente. Conseqüentemente, os fios podem derreter em segundos. Portanto, sempre use uma quantidade suficiente de resistores para baterias maiores de amperes-hora. Selecionei um resistor Rbottom de 10k ohm.
- Durante o carregamento, a tensão da bateria pode aumentar para 18 volts. Por exemplo, um painel solar de 150 watts produz 17 volts a 6 amperes durante pleno sol. A tensão de saída pode até atingir acima de 18 volts. O solar o controlador de carregamento também emite tensão aproximadamente igual a 15 volts para carregar as baterias.
Cálculos de Fórmula
Vou medir a tensão em Rbottom e decidi aleatoriamente que seu valor será 10k ohm. Sabemos que o Vout pode ter no máximo 3,3 volts, já que o NodeMCU funciona e aceita no máximo 3,3 volts em seus pinos de E/S. Vin é de 18 volts quando a bateria está carregando. Agora podemos encontrar Rtop.
Cálculo do valor da resistência do divisor de tensão
Se 18 volts estiverem no lado da bateria, eles serão divididos entre os resistores, 3,3 volts cairão no resistor de 10k e 14,7 volts restantes cairão no resistor de 44,54k. O resistor de 44,54 k ohm não está disponível no mercado. Vou usar aquele acima desta classificação e pode ser facilmente encontrado em qualquer loja de eletrônicos. Resistor de 47 k ohm. Se a bateria não estiver carregando e fornecendo 12 volts, qual será a queda de tensão nos resistores? Vamos calcular
A queda de tensão na resistência do circuito divisor de tensão
É óbvio pela discussão acima que a tensão em Rbottom não excederá 3,3 volts agora. Espero que faça sentido para os leitores sobre os cálculos. A questão agora é como os 3,33 volts são convertidos em 12 volts pelo NodeMCU ou como a partir de 3,33 volts podemos prever que no lado da bateria a tensão é de 12 volts. Bem, um pouco mais de matemática está envolvido aqui. Como os valores dos resistores são fixos, podemos calcular a relação de tensão entre os resistores em relação à fonte e usá-la no código para a tensão real na fonte. A forma como a proporção é calculada está abaixo.
Cálculo da relação do divisor de tensão
Dois casos são dados acima quando a fonte está em 18 volts e quando a fonte está em 12 volts em ambos os casos, a relação resulta ser um valor constante. Essa relação é utilizada no código para prever a tensão real da fonte/bateria. A relação é multiplicada pela tensão em Rbottom para obter o valor real da tensão.
O diagrama do circuito do projeto é fornecido abaixo. Estou usando o canal ADC0 do NodeMCU para medir a tensão da bateria. Tanto a bateria quanto a alimentação do NodeMCU devem ser aterradas para completar o circuito. Seu erro mais comum será medir a tensão em que ambos os aterramentos não estão aterrados juntos. Se o aterramento do NodeMCU não estiver conectado ao aterramento da bateria, o pino adc0 se tornará um pino flutuante e começará a ler valores flutuantes.
O diagrama do circuito do projeto é fornecido abaixo. Estou usando o canal ADC0 do NodeMCU para medir a tensão da bateria. Tanto a bateria quanto a alimentação do NodeMCU devem ser aterradas para completar o circuito. Seu erro mais comum será medir a tensão em que ambos os aterramentos não estão aterrados juntos. Se o aterramento do NodeMCU não estiver conectado ao aterramento da bateria, o pino adc0 se tornará um pino flutuante e começará a ler valores flutuantes.
Monitoramento da tensão da bateria com NodeMCU
Depois de concluir o circuito, é hora de passar para o código. O código é escrito no Arduino IDE. Usei a biblioteca ESP8266WiFi.h no código, então primeiro, certifique-se de instalar esta biblioteca na pasta da biblioteca do Arduino. Se não estiver presente, baixe-o do GitHub e instale-o primeiro. Em seguida, insira o SSID e a senha da rede WiFi à qual deseja que seu NodeMCU esteja conectado. Muito provavelmente, será o seu WiFi doméstico. Portanto, insira o SSID e a senha. Agora carregue o código no NodeMCU. Antes de fazer o upload, certifique-se de selecionar a placa correta nas placas Arduino. Se o NodeMCU não aparecer no menu suspenso da sua placa, importe o link do gerenciador e instale os arquivos necessários. Você pode encontrar muitos tutoriais na internet sobre como instalar o suporte NodeMCU para Arduino IDE.
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Assim que você acertar o IP atribuído em seu navegador, você verá a página de status da bateria e um botão. Pressione este botão para obter a temperatura atualizada sempre que desejar.
Observação: Nodemcu e seu cliente móvel ou desktop no qual você deseja visualizar a tensão devem estar conectados ao mesmo WiFi. Se o seu servidor-nodemcu e cliente-móvel ou computador, laptop, etc., estiverem conectados a redes diferentes, você não poderá visualizar nada após atingir o IP. |
monitor de tensão da bateria via WiFi
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Este é um projeto básico. Além disso, desenvolvimentos podem ser feitos no projeto. Dados semelhantes podem ser enviados para o site remoto para serem exibidos em tempo real nas páginas da web. Um alerta pode ser gerado quando a tensão estiver baixa. LEDs ou LCD podem ser conectados ao NodeMCU para visualização de status no local.
Para aprender sobre outras maneiras de medir a tensão da bateria, siga o tutorial abaixo. O tutorial é sobre como medir baterias quando elas estão conectadas em combinações em série e paralelo.
Baixe o código do projeto. A pasta contém o arquivo .ino do projeto. Por favor, forneça-nos seus comentários sobre o projeto. Se você tiver alguma dúvida ou pergunta, escreva-a abaixo na seção de comentários.
Monitor de tensão da bateria com nó MCU.ino