Розробка інформаційної системи для лабораторних досліджень

Abstract

(ua) У статті надано результати розробки вимірювальної інформаційної системи для збору даних лабораторних експериментів, призначеної для дослідження зарядно-розрядних характеристик літійіонних акумуляторів. Основний акцент в дослідженні зроблено на використанні простих і доступних компонентів. Під час дослідження проаналізовано наукові публікації з питань використання інформаційно-комунікаційних технологій у навчальній і дослідницькій діяльності, розробки мікропроцесорних систем для наукових досліджень, довідкові аркуші використаних електронних компонентів. Коротко описано основні апаратні компоненти представленої системи та методи отримання й обробки даних. Основою запропонованого рішення є плата мікроконтролера Arduino Nano, доповнена сумісними датчиками для вимірювання напруги, струму й температури. Система збору даних вимірює напругу в діапазоні від 0 до 5 В, струм – у діапазоні від –3 до +3 А, температуру – у діапазоні від –55 до +125 °C. Основними режимами роботи є заряджання і розряджання літійіонного акумулятора. Вибір режиму здійснюється командою з кнопкового пульта шляхом комутації ключів на польових транзисторах. Система може бути доповнена LCD-дисплеєм для відображення поточних даних експерименту. Мікроконтролер містить попередньо створену й завантажену програму (прошивку), яка реалізує логіку дослідження, здійснює отримання та первинну обробку даних. Зібрані дані перетворюються в послідовність форматованих текстових рядків і через вбудований USB-порт періодично передаються в комп’ютер, де отримуються й реєструються комп’ютерною програмою. Як програму для комп’ютера використано програмну надбудову PLX-DAQ до офісної програми Microsoft Office Excel, яка отримує дані через віртуальний COM-порт і заносить їх до комірок аркуша електронної таблиці. Запропонована система призначена насамперед для проведення лабораторних досліджень у рамках освітнього процесу та студентських дослідницьких проєктів. (en) The article presents the development of a simple data acquisition system for collecting data from laboratory experiments designed to study the charge-discharge characteristics of lithium-ion batteries. The main focus of the research is on the use of simple and affordable components. The research analyzed scientific publications on the use of information and communication technologies in educational and research activities, the development of microprocessor systems for scientific research, and datasheets of the used electronic components. The main hardware components of the presented system and the methods of data acquisition and processing are briefly described. The proposed solution is based on the Arduino Nano microcontroller board, supplemented with compatible sensors for measuring voltage, current, and temperature. The data acquisition system can measure voltage within a range of 0 to 5 V, current within a range of –3 to +3 A, and temperature in the range from –55 to +125 °C. The main operating modes are charging and discharging of the Li-ion battery. The mode is selected by a command from the push button module by turning the MOSFET based switch on and off. The microcontroller contains a user-created and preloaded program (firmware) that implements the research program logic, performs data acquisition and primary processing. The collected data is converted into a sequence of formatted text lines and periodically transmitted to the computer via the built-in USB port, where it is received and registered by a computer program. The PLX-DAQ software add-in for the Microsoft Office Excel office program is used as a computer program, which receives data through a virtual COM port and enters it into the cells of the spreadsheet. The proposed system is primarily intended for conducting laboratory studies as part of the educational process and student research projects.