DIY strāvas sensors Arduino: 6 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:54

Sveiki, ceru, ka jums klājas labi, un šajā apmācībā es jums parādīšu, kā es izveidoju strāvas sensoru Arduino, izmantojot dažas ļoti vienkāršas elektroniskās sastāvdaļas un mājās gatavotu šuntu. Šis šunts var viegli izturēt lielu strāvas lielumu, aptuveni 10-15 ampērus. Precizitāte ir arī diezgan laba, un es varēju iegūt ļoti pienācīgus rezultātus, mērot zemas strāvas ap 100 mA.

Piegādes

1. Arduino Uno vai līdzvērtīgs un programmēšanas vads
2. OP- pastiprinātājs LM358
3. Jumper vadi
4. 100 KOhm rezistors
5. 220 KOhm rezistors
6. 10 Kohm rezistors
7. Veroboard vai Zero PCB plate
8. Šunts (8 līdz 10 miliohmi)

1. darbība. Nepieciešamo detaļu savākšana

Galvenās detaļas, kas jums būtu nepieciešamas šai konstrukcijai, ir šunts kopā ar operatīvo pastiprinātāju IC. Savam lietojumam es izmantoju IC LM358, kas ir dubultā OP-AMP 8 kontaktu DIP IC, no kuras es izmantoju tikai vienu no operatīvajiem pastiprinātājiem. Jums būs nepieciešami arī pretestības pastiprinātāja ķēdes rezistori. Par pretestībām esmu izvēlējies 320K un 10K. Jūsu pretestības izvēle ir pilnībā atkarīga no peļņas apjoma, kuru vēlaties iegūt. Tagad OP-AMP tiek darbināts ar 5 voltu Arduino. Tāpēc mums ir jāpārliecinās, ka izejas spriegumam no OP-AMP, kad pilnā strāva iet caur šuntu, jābūt mazākam par 5 voltiem, vēlams 4 voltiem, lai saglabātu zināmu kļūdas robežu. Ja izvēlamies pietiekami lielu pastiprinājumu, tad zemākai strāvas vērtībai OP-AMP nonāks piesātinājuma apgabalā un pārsniegs tikai 5 voltus, pārsniedzot pašreizējo vērtību. Tāpēc noteikti izvēlieties atbilstošu pastiprinātāja pastiprinājuma vērtību. Lai izmēģinātu šo shēmu, jums būs nepieciešams arī prototipa PCB vai maizes dēlis. Mikrokontrolleram es izmantoju Arduino UNO, lai iegūtu ievadi no pastiprinātāja izejas. Jūs varat izvēlēties jebkuru līdzvērtīgu Arduino dēli.

2. darbība. Izveidojiet savu šunta rezistoru

Projekta galvenā sirds ir šunta rezistors, ko izmanto, lai nodrošinātu nelielu sprieguma kritumu. Jūs varat viegli izgatavot šo šuntu bez lielām problēmām. Ja jums ir bieza cieta tērauda stieple, varat sagriezt saprātīgu šī stieples garumu un izmantot to kā šuntu. Vēl viena alternatīva tam ir šunta rezistoru glābšana no veciem vai bojātiem daudzmetriem, kā parādīts šeit. Pašreizējais diapazons, kuru vēlaties izmērīt, lielā mērā ir atkarīgs no šunta rezistora vērtības. Parasti jūs varat izmantot šuntus 8-10 miliohmu secībā.

3. solis: projekta shēma

Šeit ir visa teorija kā vasarīga, kā arī pašreizējā sensora moduļa shēma, kas parāda OP-AMP neinvertējošās konfigurācijas ieviešanu, nodrošinot nepieciešamo pastiprinājumu. Esmu pievienojis arī 0.1uF kondensatoru OP-AMP izejā, lai izlīdzinātu izejas spriegumu un samazinātu augstfrekvences troksni, ja tas var rasties.

4. solis: apvienojiet to visu…

Tagad ir pienācis laiks izlaist pašreizējo sensoru moduli no šīm sastāvdaļām. Šim nolūkam es izgriezu nelielu gabalu verbooard un sakārtoju komponentus tā, lai es varētu izvairīties no jebkādu džemperu vadu vai savienotāju izmantošanas, un visu ķēdi varētu savienot, izmantojot tiešus lodēšanas savienojumus. Slodzes savienošanai caur šuntu es izmantoju skrūvju spailes, kas padara savienojumus daudz glītākus un vienlaikus ievērojami atvieglo dažādu slodžu pārslēgšanu/nomaiņu, kurām es vēlos izmērīt strāvu. Pārliecinieties, ka esat izvēlējies labas kvalitātes skrūvju spailes, kas spēj apstrādāt lielas strāvas. Esmu pievienojis dažus lodēšanas procesa attēlus, un, kā redzat, lodēšanas pēdas iznāca diezgan labi, neizmantojot džemperi vai stieples savienotāju. Tas padarīja manu moduli vēl izturīgāku. Lai sniegtu jums priekšstatu par to, cik mazs ir šis modulis, es to glabāju kopā ar Indijas 2 rūpijas monētu, un izmērs ir gandrīz salīdzināms. Šis mazais izmērs ļauj viegli ievietot šo moduli savos projektos. Ja jūs varat izmantot SMD komponentus, izmēru var pat samazināt.

5. solis: sensora kalibrēšana, lai iegūtu pareizus rādījumus

Pēc visa moduļa uzbūvēšanas nāk neliela sarežģīta daļa, kas kalibrē vai drīzāk nāk klajā ar nepieciešamo kodu, lai izmērītu pareizo strāvas vērtību. Tagad būtībā mēs reizinām šunta sprieguma kritumu, lai iegūtu pastiprinātu spriegumu, kas ir pietiekami augsts, lai reģistrētos funkcija Arduino analogRead (). Tagad pretestība ir nemainīga, izejas spriegums ir lineārs attiecībā pret strāvas lielumu, kas iet caur šuntu. Vienkāršs veids, kā kalibrēt šo moduli, ir izmantot faktisko multimetru, lai aprēķinātu strāvas vērtību, kas iet caur noteiktu ķēdi. Ņemiet vērā šo strāvas vērtību, izmantojot arduino un sērijas monitora funkciju, lai uzzinātu, kāda ir nākamā analogā vērtība (diapazonā no 0 līdz 1023. Lai iegūtu labākas vērtības, izmantojiet mainīgo kā peldošu datu tipu). Tagad mēs varam reizināt šo analogo vērtību ar konstanti, lai iegūtu vēlamo strāvas vērtību, un, tā kā attiecība starp spriegumu un strāvu ir lineāra, šī konstante būs gandrīz vienāda visā strāvas diapazonā, lai gan jums, iespējams, būs jādara neliela korekcijas vēlāk. Jūs varat izmēģināt ar 4-5 zināmām pašreizējām vērtībām, lai iegūtu pastāvīgo vērtību. Es minēšu kodu, ko izmantoju šai demonstrācijai.

6. darbība. Galīgie secinājumi

Šis strāvas sensors darbojas diezgan labi lielākajā daļā līdzstrāvas darbināmu lietojumprogrammu, un, ja tas ir pareizi kalibrēts, tā kļūda ir mazāka par 70 mA. Lai gan kādam šim dizainam ir daži ierobežojumi, pie ļoti zemām vai ļoti lielām strāvām novirze no faktiskās vērtības kļūst ievērojama. Tātad robežu gadījumos ir nepieciešamas dažas koda izmaiņas. Viena alternatīva ir izmantot instrumentālo pastiprinātāju, kuram ir precīza shēma ļoti mazu spriegumu pastiprināšanai un ko var izmantot arī ķēdes augstajā pusē. Arī ķēdi var uzlabot, izmantojot labāku, zemu trokšņa līmeni OP-AMP. Manam lietojumam tas darbojas labi un nodrošina atkārtojamu izvadi. Es plānoju izgatavot vatmetru, kur es izmantotu šo šunta strāvas mērīšanas sistēmu. Ceru, ka jums, puišiem, patika šī konstrukcija.