杂志汇科技创新与品牌

自制创意电池测量仪

作者:文/上海市静安区青少年活动中心 高一学生 邵如吉 指导老师/周俊
一、设计背景

在测电压的时候,人们一般都是使用电压表或者万用表,但是这种仪器并不是每户人家都会有,平常若是有类似遥控板一类的小型用电器没反应了,没办法确认是电池没电,或者只是电路接触不好,只能换新的电池。

在学习Arduino编程的时候,我发现如果使用模拟端口,可以实现测电压的功能。加上学过用CAXA做3D打印的设计,因此想到可以设计一个既能方便测量电压,又能有美观装饰作用的电池测量仪。

二、设计方案——软硬件介绍

1.Arduino UNO R3

Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本,作为Arduino平台的参考标准模板。UNO的处理器核心是ATmega328,同时具有14路数字输入/输出口(其中6路可作为PWM输出),6路模拟输入,一个16MHz晶体振荡器,一个USB口,一个电源插座,一个ICSP header和一个复位按钮。

2.3D打印技术

3D打印(3DP)即快速成型技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,后逐渐用于一些产品的直接制造,已经有使用这种技术打印而成的零部件。

基本工作原理:

(1)通过计算机建模软件建模;

(2)将建成的三维模型“分区”成逐层的截面,即切片;

(3)3D打印机逐层打印,叠加在一起后完成最终的作品。

3.CAXA

CAXA实体设计是唯一集创新设计、工程设计、协同设计于一体的新一代3D CAD系统解决方案。易学易用、快速设计和兼容协同是其最大的特点。它包含三维建模、协同工作和分析仿真等各种功能,无可匹敌的易操作性和设计速度,帮助工程师将更多的精力用于产品设计本身,而不是软件使用的技巧。

该电池电压测量仪使用CAXA完成了小房子的大体形状。如下图所示。

CAXA设计小房子界面图4.3D Studio Max

3D Studio Max,常简称为3d Max或3ds MAX,一款基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。其首先开始被运用在电脑游戏中的动画制作,后更进一步开始参与影视片的特效制作,例如《X战警II》《最后的武士》等。

该电池电压测量仪使用3d Max完成了细节上的处理,并且在小房子上做出了动漫人物海贼王的造型。如下图所示。3DMAX设计海贼王图案图5.74HC595移位寄存器集成电路

74HC595具有8位移位寄存器和一个存储器,三态输出功能。

移位寄存器和存储器有相互独立的时钟。移位寄存器有一个串行移位输入(Ds),一个串行输出(Q7’),一个异步的低电平复位;存储寄存器有一个并行8位的,具备三态的总线输出,当使能OE时(为低电平),存储寄存器的数据输出到总线。将串行输入的8位数字,转变为并行输出的8位数字,例如控制一个8位数码管,将不会有闪烁。

该电池电压测量仪使用74HC595控制两个共阴极的7段数码管,以达到稳定显示数据的目的。

三、项目实现与测试

1.组件拼装及电路连接

分别通过CAXA和3DMAX进行内部构造和外观细节的设计后,通过3D打印机便可以轻松打印出各个分零件。组装完成内部黑色构架后,装入Arduino UNO R3板。

2.关键代码

(1)自动灯光变化关键代码

(2)电池电压测量关键代码:(电池电压测量测试图)

当电压为1.4v

当电压为1v

当电压为0v

若不满足以上任何一种情况,则不亮灯。

1 亮绿灯

2 亮蓝灯

3 亮红灯四、项目总结

项目完成了一个美观家用电池测量仪的制作,用来测量5号电池的电压,完成了LED变色装饰及测量电压共两个任务,确保了项目既有美观意义,又有实用价值。本项目的实施成本低且效果好,测量过程简单方便,结果准确稳定。希望本项目能够在未来拥有较大市场。

五、未来展望

家里常用的电池还有7号电池和1号电池等,而该电池电压测量仪只能测量5号电池,另外这两种电池电压还是需要使用万用表测量。

希望能够以后做出一款测量仪改良版,小房子多添两层,并做出适当的程序修改,使它能分别测量这3种不同型号的电池的电压,这是项目需要进一步完善的地方。

责编/高茜

 

创新、改革、人才 走出科技中国的国际范

相约科20:一场科技工作者的盛典

“翼”飞冲天 “中国好设计”金奖——翼龙Ⅱ无人机

广东院士联合会第二次会员大会成功举办百名院士在京共话广东创新

不懂建筑装饰智慧化?让BIM+AI来“套路”你吧

爸妈搜:互联网+亲子教育的新尝试

相关文章