DIY -virta -anturi Arduinolle: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:01

Hei! Tämä shuntti kestää helposti suuren virran, noin 10-15 ampeeria. Tarkkuus on myös melko hyvä, ja pystyin saamaan erittäin kunnollisia tuloksia mitattaessa pieniä virtauksia noin 100 mA.

Tarvikkeet

1. Arduino Uno tai vastaava ja ohjelmointijohto
2. OP-vahvistin LM358
3. Hyppyjohdot
4. 100 Kohmin vastus
5. 220 Kohmin vastus
6. 10 Kohm vastus
7. Veroboard- tai Zero -piirilevy
8. Shuntti (8-10 milliohmia)

Vaihe 1: Vaadittujen osien kerääminen

Tärkeimmät osat, joita tarvitset tähän kokoonpanoon, ovat shuntti operatiivisen vahvistimen IC kanssa. Käytän sovelluksessani IC LM358, joka on kaksois-OP-AMP 8-nastainen DIP-IC, josta käytän vain yhtä operaatiovahvistimesta. Tarvitset myös vastuksia ei-invertoivaan vahvistinpiiriin. Olen valinnut vastuksiksi 320K ja 10K. Vastusvalintasi riippuu täysin siitä, kuinka paljon voittoa haluat saada, ja nyt OP-AMP saa virtaa 5 voltin Arduinosta. Joten meidän on varmistettava, että OP-AMP: n lähtöjännite, kun koko virta kulkee shuntin läpi, on alle 5 volttia, mieluiten 4 volttia, jotta virhemarginaali säilyy. Jos valitsemme riittävän suuren vahvistuksen, pienemmän virran arvon saavuttamiseksi OP-AMP siirtyy kyllästysalueelle ja antaa vain 5 volttia nykyisen arvon yläpuolelle, joten muista valita vahvistimen vahvistuksen arvo oikein. Tarvitset myös piirilevyn prototyypin tai leipälevyn tämän piirin kokeiluun. Mikro -ohjaimessa käytän Arduino UNO: ta tulon hankkimiseksi vahvistimen lähdöstä. Voit valita minkä tahansa vastaavan Arduino -levyn.

Vaihe 2: Tee oma shuntivastus

Projektin ydin on shuntivastus, jota käytetään pienen jännitehäviön aikaansaamiseen. Voit tehdä tämän shuntin helposti ilman suurta vaivaa. Jos sinulla on paksu kiinteä teräslanka, voit leikata kohtuullisen pituisen langan ja käyttää sitä shuntina. Toinen vaihtoehto tälle on pelastaa shuntivastukset vanhoilta tai vaurioituneilta monimetreiltä aivan kuten tässä on esitetty. Nykyinen mitattava alue riippuu suurelta osin shuntivastuksen arvosta. Yleensä voit käyttää shuntteja 8-10 milliohmissa.

Vaihe 3: Hankkeen piirikaavio

Tässä on koko teoria kesäisenä ja myös nykyisen anturimoduulin kytkentäkaavio, joka esittää OP-AMP: n ei-invertoivan konfiguraation toteutuksen, joka tarjoaa tarvittavan vahvistuksen. Olen myös liittänyt 0.1uF-kondensaattorin OP-AMP: n lähtöön tasoittaaksesi lähtöjännitteen ja vähentääksesi korkeataajuista kohinaa, jos sitä voi esiintyä.

Vaihe 4: Yhdistä kaikki…

Nyt on vihdoin aika tehdä nykyinen anturimoduuli näistä komponenteista. Tätä varten leikkasin pienen palan veroboardia ja järjestin komponentit niin, että voisin välttää hyppyjohtimien tai liittimien käytön ja koko piiri voitaisiin kytkeä suoraan juotosliitoksilla. Kuorman yhdistämisessä shuntin kautta käytin ruuviliittimiä, mikä tekee liitoksista paljon siistimpiä ja samalla helpottaa huomattavasti eri kuormien vaihtamista/vaihtamista, joille haluan mitata virtaa. Varmista, että valitset laadukkaat ruuviliittimet, jotka kestävät suuria virtauksia. Olen liittänyt joitain kuvia juotosprosessista, ja kuten näette, juotosjäljet tulivat melko hyvin ilman hyppyjohtoa tai johdinliitintä. Tämä teki moduulistani entistä kestävämmän. Antaakseni sinulle kuvan siitä, kuinka pieni tämä moduuli on, säilytin sen yhdessä intialaisen 2 rupian kolikon kanssa ja koko on lähes vertailukelpoinen. Tämän pienen koon ansiosta voit asentaa tämän moduulin projekteihisi helposti. Jos voit käyttää SMD -komponentteja, kokoa voidaan jopa pienentää.

Vaihe 5: Anturin kalibrointi oikeiden lukemien saamiseksi

Koko moduulin rakentamisen jälkeen tulee pieni hankala osa, joka kalibroi tai pikemminkin keksi tarvittavan koodin virran oikean arvon mittaamiseksi. Nyt pohjimmiltaan kerromme shuntin jännitehäviön saadaksemme vahvistetun jännitteen, joka on riittävän korkea Arduino analogRead () -toiminnon rekisteröimiseksi. Nyt kun vastus on vakio, lähtöjännite on lineaarinen suhteessa shuntin läpi kulkevan virran suuruuteen. Helppo tapa kalibroida tämä moduuli on käyttää todellista yleismittaria tietyn piirin läpi kulkevan virran arvon laskemiseksi. 0–1023. Käytä muuttujaa float -tietotyypinä saadaksesi parempia arvoja). Nyt voimme kertoa tämän analogisen arvon vakioilla halutun virta -arvon saamiseksi, ja koska jännitteen ja virran välinen suhde on lineaarinen, tämä vakio on lähes sama koko virta -alueella, vaikka sinun on ehkä tehtävä pieniä säätöjä myöhemmin. Voit kokeilla 4-5 tunnettua nykyarvoa saadaksesi vakioarvon. Mainitsen koodin, jota käytin tässä esittelyssä.

Vaihe 6: Lopulliset johtopäätökset

Tämä virta -anturi toimii melko hyvin useimmissa tasavirtakäyttöisissä sovelluksissa ja sen virhe on alle 70 mA, jos se on oikein kalibroitu. Miten tahansa tällä rakenteella on joitain rajoituksia, hyvin pienillä tai erittäin suurilla virroilla, poikkeama todellisesta arvosta tulee merkittäväksi. Joten joitakin muutoksia koodiin on tarpeen rajatapauksissa. Yksi vaihtoehto on käyttää instrumenttivahvistinta, jolla on tarkat piirit erittäin pienien jännitteiden vahvistamiseen ja jota voidaan käyttää myös piirin korkealla puolella. Myös piiriä voidaan parantaa käyttämällä parempaa, hiljaista OP-AMP: tä. Sovelluksessani se toimii hyvin ja antaa toistettavan tuloksen. Aion tehdä wattimittarin, jossa käytän tätä shuntivirtamittausjärjestelmää. Toivottavasti piditte tästä rakenteesta.