Техно-лаборатория:
Методическая разработка образовательного мероприятия
по направлению "Электроника и наноэлектроника"
по направлению "Электроника и наноэлектроника"
Мастер - класс
электронный тестер для батареек
О чем мероприятие?
Представьте себе ситуацию: вы планируете увлекательный день на природе или важное слово на встрече, но вдруг оказывается, что ваша портативная техника отказывается работать. Виной всему – разряженные батарейки! Запуск проекта по созданию тестера для батареек может стать отличной возможностью для вас окунуться в мир инженерии и технологий. Разработка тестера для батареек – это вызов, который требует креативного подхода и знаний о том, как работают аккумуляторы. Тестер поможет определить, в каком состоянии находятся батареи, и стоит ли их еще использовать или пора заменить. Вы сможете себя почувствовать настоящим инженером-радиофизиком, работающим над созданием полезного устройства, которое сделает повседневную жизнь более удобной.
Для кого образовательное мероприятие?
Школьники, интересующиеся электроникой, желающие найти для себя новую интересную профессию или увлекательное хобби.
Для работы вам понадобится
а – плата Arduino (мы будем использовать Uno, но подойдут и любые другие модели);
б – макетная плата;
в – три светодиода разного цвета;
г – резистор;
д – провода «папа-мама»;
е – провода «папа-папа»;
ж – крона 9В;
з – адаптер для кроны;
и – батерейка 1,5В;
Так же понадобится компьютер с установленным Arduino IDE и USB-кабель.
а – плата Arduino (мы будем использовать Uno, но подойдут и любые другие модели);
б – макетная плата;
в – три светодиода разного цвета;
г – резистор;
д – провода «папа-мама»;
е – провода «папа-папа»;
ж – крона 9В;
з – адаптер для кроны;
и – батерейка 1,5В;
Так же понадобится компьютер с установленным Arduino IDE и USB-кабель.
Алгоритм действий
Шаг 1. Подготовка
Если вы планируете провести это мероприятие для кого-то, то перед проведением необходимо ознакомиться с содержанием заданий.
Если вы самостоятельно хотите почувствовать, то можно сразу переходить к выполнению заданий:
Задания выполняются участниками в следующем порядке:
1. Управление временем
2. Генерация идей
3. Выступление
Шаг 2. Сборка схемы
Рассмотрим светодиод. У него есть два вывода, один длинный, другой короткий. Длинный вывод у светодиода имеет полярность “+”, короткий “-”.
Установим светодиоды на макетную плату, так как показано на рисунке. Для удобства дальнейшего восприятия, установим светодиоды так, чтобы длинные положительные выводы были справа.
Далее установим параллельно с отрицательным выводом каждого светодиода по резистору.
Затем параллельно соединим проводами «папа-папа» крайний левый светодиод со вторым и затем с третьим.
Далее установим контакт между Arduino и схемой. Подключим провод папа-папа от макетной платы, как показано на рисунке ниже к порту GND на Arduino.
Затем подключим свободные правые выводы светодиодов к плате Arduino. Вывод красного светодиода подключим к цифровому пину 2, желтого к 4, зеленого к 6.
Затем подключим провод папа-папа одним выводом в порт А1, второй порт оставим свободным. Так же подключим ещё один провод к GND порту, оставив один вывод свободным. Свободными выводами мы будем измерять напряжение на батарейках.
Шаг 3. Установка arduino
Далее используя USB-кабель, подключим Arduino к компьютеру. Далее произведём установку программного обеспечения Arduino IDE. Зайдём на официальный сайт по ссылке из раздела. Далее выберем ссылку для нужной нам операционной системы. Например, нажмём на Windows Win10.
Теперь нажмём “Just Download” .
И на следующей страницы повторим действие.
Найдём файл Arduino_ide.exe в папке загрузки и проведем пошаговую установку. Путь установки программы рекомендуется оставить по умолчанию.
После завершения нажмём готово и программа автоматически запустится.
Шаг 4. программирование платы
Откроем программу Arduino IDE и укажем нужную нам плату Arduino UNO.
Откроем программу Arduino IDE и укажем нужную нам плату Arduino UNO.
void setup() {
// put your setup code here, to run once: }
void loop () {
// put your main code here, to run repeatedly:}
// put your setup code here, to run once: }
void loop () {
// put your main code here, to run repeatedly:}
void setup() {
// put your setup code here, to run once: }
void loop () {
// put your main code here, to run repeatedly:}
// put your setup code here, to run once: }
void loop () {
// put your main code here, to run repeatedly:}
#define RED 2// красный светодиод
#define YELLOW 4 // желтый светодиод
#define GREEN 6 // зеленый светодиод
#define TESTER A1 // порт для подключения батарейки
int data;
float voltage;
void setup() {
Serial.begin(9600); // запускаем серийный монитор порта
pinMode(RED, OUTPUT);
pinMode(YELLOW, OUTPUT);
pinMode(GREEN, OUTPUT);
pinMode(TESTER, INPUT);
analogWrite(TESTER, LOW);
}
void loop() {
data = analogRead(A1); // считываем данные с порта A1
voltage = data * 0.0048; // переводим значения в вольты
Serial.print(voltage); // выводим напряжение на монитор
Serial.println(" Volts");
if ( voltage >= 1.5 ) {
digitalWrite(GREEN, HIGH);
digitalWrite(YELLOW, LOW);
digitalWrite(RED, LOW);
}
else if ( voltage < 1.5 && voltage > 1.3 ) {
digitalWrite(GREEN, LOW);
digitalWrite(YELLOW, HIGH);
digitalWrite(RED, LOW);
}
else if ( voltage <= 1.3 ) {
digitalWrite(GREEN, LOW);
digitalWrite(YELLOW, LOW);
digitalWrite(RED, HIGH);
}
delay(500);
}
#define YELLOW 4 // желтый светодиод
#define GREEN 6 // зеленый светодиод
#define TESTER A1 // порт для подключения батарейки
int data;
float voltage;
void setup() {
Serial.begin(9600); // запускаем серийный монитор порта
pinMode(RED, OUTPUT);
pinMode(YELLOW, OUTPUT);
pinMode(GREEN, OUTPUT);
pinMode(TESTER, INPUT);
analogWrite(TESTER, LOW);
}
void loop() {
data = analogRead(A1); // считываем данные с порта A1
voltage = data * 0.0048; // переводим значения в вольты
Serial.print(voltage); // выводим напряжение на монитор
Serial.println(" Volts");
if ( voltage >= 1.5 ) {
digitalWrite(GREEN, HIGH);
digitalWrite(YELLOW, LOW);
digitalWrite(RED, LOW);
}
else if ( voltage < 1.5 && voltage > 1.3 ) {
digitalWrite(GREEN, LOW);
digitalWrite(YELLOW, HIGH);
digitalWrite(RED, LOW);
}
else if ( voltage <= 1.3 ) {
digitalWrite(GREEN, LOW);
digitalWrite(YELLOW, LOW);
digitalWrite(RED, HIGH);
}
delay(500);
}
Далее нажмём на кнопку “Компилировать/ Verify”
Далее нажмём на кнопку “Загрузить/ Upload”
Шаг 5. ТЕСТИРОВАНИЕ платы arduino
Теперь проверим наш тестер. Поднесём батарейку к клеммам. К проводу, подключенному к порту А1 поднесём положительный контакт батарейки(пимпочка), а к проводу, подключённому к порту GND отрицательный контакт батарейки (плоская часть).
Подготовим немного батареек и посмотрим, как будет реагировать тестер на заряд разных батареек. Исходя из программного кода, который мы вставили в Ардуино, если заряд нашей батарейки ниже 1,3 В, то горит красный светодиод и это означает что батарейка разряжена, если от 1,3 до 1,5 то горит желтый светодиод и это означает что уровень заряда чуть выше или ниже среднего, а если больше 1,5 то горит зеленый – батарейка заряжена.
Наш тестер работает. Теперь подключим к Arduino крону на 9 В для работы в отрыве от компьютера. Для этого нам понадобится сама крона и адаптер для неё и Arduino.
Планируемый результат занятия
Итоговый результат работы - работающий тестер для батареек. Принцип работы следующий: если заряд батарейки ниже 1,3 В, то горит красный светодиод и это означает, что батарейка разряжена, если от 1,3 В до 1,5 В, то горит желтый светодиод и это означает, что уровень заряда чуть выше или ниже среднего, а если больше 1,5 В, то горит зеленый – батарейка заряжена.
Что дальше?
Мечтай (о профессиях будущего): Ты можешь стать: прогнозистом отказа оборудования, ремонтником 2.0, цифровым ремесленником, проектировщиком робототехники (детской, промышленной, медицинской, домашней), проектировщиком-эргономистом.
Создавай (проекты и воплощай их в жизнь)
Умный тестер батарей - создайте устройство на основе Arduino, которое не только проверяет уровень заряда батарей, но и предлагает пользователю рекомендации по их утилизации и замене.
Визуализатор энергопотребления - создайте индикацию на LED-экран, которая отображает уровень заряда батареи и время работы устройства, показывая пользователю, когда батарея нуждается в замене.
Энергия в руках - разработайте приложение для смартфона, которое может отслеживать и управлять потреблением энергии вашего устройства, оптимизируя его работу в зависимости от состояния батареи.
Умный мониторинг - разработайте систему, которая использует Arduino для постоянного мониторинга состояния батарей в нескольких устройствах и предупреждает пользователя о необходимости замены через приложение.
Как включиться?
- Учись в технопарке Кванториум
- Вступай в бизнес-инкубатор для школьников, а затем в студенческий бизнес-инкубатор
- Участвуй в молодежном научно-инновационном конкурсе
-
- Отправь проект на Всероссийскую конференцию “Юные техники и изобретатели”
- Прими участие в Научной сессии ТУСУР
Вопросы для обсуждения
- Какие компоненты необходимы для создания тестера батареек на Arduino?
1. Почему важно следить за состоянием батареи в портативных устройствах?
2. Объясните, как различные технологии измерения напряжения могут влиять на точность тестирования батареи.
2. Объясните, как различные технологии измерения напряжения могут влиять на точность тестирования батареи.
1. Как бы вы применили свои знания о программировании для написания кода для тестера батареек?
2. Как бы вы организовали процесс тестирования различных типов батарей в своем проекте?
2. Как бы вы организовали процесс тестирования различных типов батарей в своем проекте?
1. Какие основные ошибки могут возникать при проектировании тестера для батареек, и как их можно избежать?
2. Проанализируйте, насколько важным является выбор компонентов для вашего тестера на Arduino.
2. Проанализируйте, насколько важным является выбор компонентов для вашего тестера на Arduino.
- Мотовилов Марк АлександровичПедагог дополнительного образования, АНО ДО Детский технопарк «Кванториум» г. ТомскАВТОР
- Ларина Людмила НиколаевнаНачальник научно-методического отдела АНО ДО "Детский технопарк "Кванториум"МЕТОДИСТ
- Шекунова Елена ОлеговнаМенеджер-проектов АНО ДО "Детский технопарк "Кванториум"ВЕБ-ДИЗАЙНЕР